Μια μυστηριώδης λάμψη στο κέντρο του Γαλαξία ίσως είναι το αποτύπωμα της Σκοτεινής Ύλης

Μια ανεξήγητη εκπομπή ακτίνων γάμμα από το κέντρο του Γαλαξία μας έχει κάνει τους αστρονόμους να ξανανοίξουν τη συζήτηση για ένα από τα μεγαλύτερα αινίγματα της σύγχρονης φυσικής. Νέα έρευνα υποδεικνύει ότι αυτή η παράξενη λάμψη μπορεί να μην είναι απλώς αποτέλεσμα αστροφυσικών φαινομένων, αλλά ίσως το πρώτο απτό σημάδι ότι τα σωματίδια της Σκοτεινής Ύλης καταστρέφονται μεταξύ τους, απελευθερώνοντας ενέργεια.

Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Physical Review Letters, προέρχεται από ομάδα ερευνητών υπό τον κοσμολόγο Moorits Mihkel Muru του Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam. Χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις γαλαξιών παρόμοιων με τον Γαλαξία μας, οι επιστήμονες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η μυστηριώδης εκπομπή ακτίνων γάμμα μπορεί να εξηγηθεί εξίσου καλά είτε από την καταστροφή σωματιδίων Σκοτεινής Ύλης είτε από την ύπαρξη ταχύτατα περιστρεφόμενων άστρων γνωστών ως millisecond pulsars. Και, σύμφωνα με τα δεδομένα, το σενάριο της Σκοτεινής Ύλης φαίνεται να έχει ένα μικρό προβάδισμα.

Η εκπομπή αυτή είναι γνωστή ως Galactic Center GeV Excess (GCE) και πρωτοεντοπίστηκε το 2009 χάρη στο Fermi Gamma-ray Space Telescope της NASA. Από τότε, οι επιστήμονες προσπαθούν να καταλάβουν τι ακριβώς παράγει αυτή τη χαρακτηριστική λάμψη υψηλής ενέργειας στο κέντρο του Γαλαξία. Οι δύο επικρατέστερες θεωρίες αφορούν αφενός τη σκοτεινή ύλη και αφετέρου τα millisecond pulsars, αλλά μέχρι σήμερα καμία δεν έχει αποδειχθεί οριστικά.

Η Σκοτεινή Ύλη αποτελεί περίπου το 85% της συνολικής ύλης του Σύμπαντος, ωστόσο παραμένει αόρατη, καθώς δεν εκπέμπει ούτε απορροφά φως. Ένα από τα υποθετικά σωματίδιά της είναι τα λεγόμενα WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles). Όταν δύο τέτοια σωματίδια συγκρούονται, θεωρητικά αλληλοεξουδετερώνονται, απελευθερώνοντας ενέργεια με τη μορφή ακτίνων γάμμα. Αυτή η διαδικασία –γνωστή ως «αναιρέσεις Σκοτεινής Ύλης»– θα μπορούσε να εξηγήσει την υπερβολική λάμψη που εντοπίζεται στο κέντρο του Γαλαξία.

Η δεύτερη πιθανή εξήγηση αφορά τους millisecond pulsars. Πρόκειται για εξαιρετικά πυκνά άστρα νετρονίων, τα απομεινάρια τεράστιων άστρων που κατέρρευσαν μετά από μια έκρηξη supernova. Τα pulsars περιστρέφονται με τρομακτικές ταχύτητες — εκατοντάδες φορές το δευτερόλεπτο — εκπέμποντας δέσμες ακτινοβολίας, συμπεριλαμβανομένων ακτίνων Χ και ακτίνων γάμμα. Καθώς αυτές οι δέσμες «σαρώνουν» το Διάστημα, το άστρο φαίνεται να πάλλεται, εξ ου και το όνομά του.

Παρότι γνωρίζουμε ότι υπάρχουν pulsars στην κεντρική περιοχή του Γαλαξία, οι αστρονόμοι δεν έχουν ακόμη εντοπίσει αρκετά για να εξηγήσουν πλήρως το GCE. Η δομή τους όμως θα έπρεπε να αφήνει ένα χαρακτηριστικό αποτύπωμα: τα pulsars συγκεντρώνονται κυρίως σε περιοχές με σχήμα κουτιού ή «Χ», ενώ το νέφος Σκοτεινής Ύλης θεωρείται πιο σφαιρικό. Αν η λάμψη στο κέντρο του Γαλαξία οφείλεται σε pulsars, θα έπρεπε να έχει μια πιο «τετραγωνισμένη» κατανομή. Αν προέρχεται από Σκοτεινή Ύλη, το φως θα διαχεόταν ομαλότερα.

Τα δεδομένα του Fermi είχαν υποδείξει πως η λάμψη μοιάζει μάλλον «τετραγωνισμένη», κάτι που ενίσχυε το σενάριο των pulsars. Ωστόσο, η νέα μελέτη του Muru και της ομάδας του δείχνει ότι τα πράγματα μπορεί να είναι πιο περίπλοκα. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν υπερυπολογιστές για να προσομοιώσουν την εξέλιξη του Γαλαξία μέσα σε δισεκατομμύρια χρόνια, χαρτογραφώντας τόσο την κατανομή της Σκοτεινής Ύλης όσο και των παλαιών άστρων που συνδέονται με pulsars.

Το εύρημά τους ήταν απρόσμενο: το «φωτοστέφανο» της Σκοτεινής Ύλης γύρω από τον Γαλαξία δεν είναι τέλεια σφαιρικό, όπως υποθέταμε, αλλά ελαφρώς πεπλατυσμένο λόγω των διαδοχικών συγχωνεύσεων με μικρότερους γαλαξίες στην κοσμική του ιστορία. Όταν προβάλλεται από τη Γη, αυτή η γεωμετρία παράγει μια λάμψη που μοιάζει «τετραγωνισμένη», δηλαδή ακριβώς αυτό που παρατηρείται. Με άλλα λόγια, η μορφή της εκπομπής δεν μπορεί να αποκλείσει την παρουσία Σκοτεινής Ύλης.

Σύμφωνα με την ομάδα, και τα δύο σενάρια — τόσο των pulsars όσο και της Σκοτεινής Ύλης — είναι πλέον εξίσου πιθανά. Από άποψη σχήματος, φάσματος και έντασης της ακτινοβολίας, καμία θεωρία δεν υπερισχύει ξεκάθαρα, αν και η μικρότερη από την αναμενόμενη παρουσία pulsars φαίνεται να γέρνει ελαφρώς την πλάστιγγα υπέρ της Σκοτεινής Ύλης.

Ωστόσο, το μυστήριο δεν έχει λυθεί. Ορισμένες μελέτες έχουν εντοπίσει μικρές ανωμαλίες στη λάμψη — μικρά «στίγματα» φωτός που θυμίζουν πηγές σημειακής ακτινοβολίας, όπως τα pulsars. Αν η εκπομπή οφείλεται αποκλειστικά στη Σκοτεινή Ύλη, η λάμψη θα έπρεπε να είναι πιο ομοιόμορφη. Το πιθανότερο, λένε οι ερευνητές, είναι ότι και τα δύο φαινόμενα συνεισφέρουν: τα pulsars και η Σκοτεινή Ύλη ενδέχεται να εκπέμπουν ταυτόχρονα στην ίδια περιοχή του Διαστήματος.

Οι απαντήσεις ίσως έρθουν από τις επόμενες γενιές τηλεσκοπίων, όπως το Cherenkov Telescope Array και το Southern Wide-field Gamma-ray Observatory, που θα διαθέτουν την απαραίτητη ευαισθησία για να ξεχωρίσουν τα δύο σενάρια.

[source]