Η Σκοτεινή Ύλη παραμένει ένα από τα πιο γοητευτικά και άλυτα αινίγματα της σύγχρονης επιστήμης. Αν και δεν μπορεί να παρατηρηθεί άμεσα, οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι αποτελεί περίπου το 80% της συνολικής ύλης του Σύμπαντος, χάρη στη βαρυτική της επίδραση. Χωρίς αυτήν, οι γαλαξίες δεν θα μπορούσαν να κρατήσουν τη δομή τους ούτε να περιστρέφονται με τον τρόπο που τους βλέπουμε σήμερα. Από τις πρώτες μετρήσεις της κοσμικής μικροκυματικής ακτινοβολίας μέχρι την ανάλυση της μεγάλης κλίμακας δομής του Σύμπαντος, όλα δείχνουν προς την ύπαρξη της. Αυτό που παραμένει άγνωστο είναι η φύση της: τι είδους σωματίδιο την απαρτίζει και πώς σχηματίστηκε.
Σε αυτό το σημείο έρχεται η έρευνα του καθηγητή Stefano Profumo από το University of California, Santa Cruz. Σε δύο πρόσφατες μελέτες του, που δημοσιεύτηκαν μέσα στο 2025, προτείνει εναλλακτικές θεωρίες για τον σχηματισμό της Σκοτεινής Ύλης, έξω από τα συμβατικά πλαίσια που επικεντρώνονται σε νέα σωματίδια τα οποία αλληλεπιδρούν με την κανονική ύλη.
Η πιο πρόσφατη μελέτη του εξετάζει την ιδέα ενός «κρυφού τομέα», μιας κρυφής διάστασης του Σύμπαντος, σχεδόν σαν μια κατοπτρική εκδοχή του κόσμου μας. Σύμφωνα με αυτή την υπόθεση, το «παράλληλο» Σύμπαν διαθέτει δικά του σωματίδια και δυνάμεις, που ακολουθούν τους ίδιους φυσικούς νόμους αλλά παραμένουν αόρατα για εμάς. Η έμπνευση προέρχεται από την κβαντική χρωμοδυναμική (QCD), τη θεωρία που εξηγεί πώς τα κουάρκ συγκρατούνται μέσα στα πρωτόνια και τα νετρόνια μέσω της ισχυρής πυρηνικής δύναμης. Σε αυτό το σκοτεινό Σύμπαν, θα μπορούσε να υπάρχει ένα «σκοτεινό QCD» με σκοτεινά κουάρκ και σκοτεινά γλουόνια, που θα σχημάτιζαν βαριά σωματίδια γνωστά ως σκοτεινά βαρυόνια.
Για να εξετάσει αυτή τη θεωρία, ο Profumo χρησιμοποίησε τις λεγόμενες περιοριστικές θεωρίες μέτρησης SU(N) στο όριο του μεγάλου N. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ενώ τα σκοτεινά γλουόνια και μεσόνια δεν μπορούν να καταρρεύσουν σε μαύρες τρύπες υπό ρεαλιστικές συνθήκες, τα σκοτεινά βαρυόνια ίσως μπορούν. Ανάλογα με την κλίμακα εγκλωβισμού, τις μάζες των κουάρκ, τον αριθμό των χρωμάτων N και τη θερμοκρασία του σκοτεινού τομέα, τα σωματίδια αυτά θα μπορούσαν να δημιουργήσουν μικρές μαύρες τρύπες με μάζες έως μερικές εκατοντάδες φορές τη μάζα Planck. Αν αυτές οι μαύρες τρύπες είναι σταθερές, τότε το πλήθος τους θα μπορούσε να είναι αρκετό ώστε να συνθέτουν τη Σκοτεινή Ύλη, με την προϋπόθεση ότι ο αριθμός των χρωμάτων δεν ξεπερνά το N = 100.
Η δεύτερη μελέτη του Profumo υιοθετεί μια τελείως διαφορετική προσέγγιση. Προτείνει ότι η Σκοτεινή Ύλη θα μπορούσε να προέκυψε από το ίδιο το «άκρο» του Σύμπαντος, τον κοσμικό ορίζοντα, σε μια φάση ταχείας διαστολής που συνέβη λίγο μετά το τέλος του πληθωρισμού. Αν και δεν ήταν τόσο εκρηκτική όσο ο ίδιος ο πληθωρισμός, η φάση αυτή θα μπορούσε να είναι αρκετά γρήγορη ώστε να δημιουργήσει τις κατάλληλες συνθήκες.
Η ανάλυση στηρίζεται σε τρεις βασικές παραδοχές: πρώτον, ότι η συγκεκριμένη περίοδος καθοδηγήθηκε από ένα ρευστό με εξίσωση κατάστασης P = wρ, δεύτερον, ότι ο κοσμικός ορίζοντας σε αυτό το καθεστώς είχε θερμοκρασία αντιστρόφως ανάλογη του μεγέθους του, και τρίτον, ότι οι παρατηρητές θεωρούνται στατικοί. Στο μοντέλο αυτό, η τιμή του w βρίσκεται ανάμεσα στο −1 και το −1/3.
Υπό αυτές τις συνθήκες, η μελέτη υπολόγισε την πυκνότητα ενός σταθερού σωματιδίου μάζας m που «παγιδεύτηκε» από τον κοσμικό ορίζοντα, με την προϋπόθεση ότι αργότερα δεν υπέστη μεταβολές στον αριθμό του. Ανάλογα με την εξίσωση κατάστασης και τη θερμοκρασία τη στιγμή που ξεκίνησε η κυριαρχία της ακτινοβολίας, η μάζα της Σκοτεινής Ύλης που θα παραγόταν με αυτό τον τρόπο μπορεί να κυμαίνεται από περίπου 10 keV μέχρι σχεδόν τη μάζα Planck.
Ο ίδιος ο Profumo παραδέχεται ότι και οι δύο προσεγγίσεις είναι εξαιρετικά υποθετικές, αλλά ταυτόχρονα τονίζει ότι αποτελούν συνεκτικά και μαθηματικά υπολογίσιμα σενάρια. Το πλεονέκτημά τους είναι ότι δεν εξαρτώνται από τα κλασικά μοντέλα σωματιδιακής Σκοτεινής Ύλης, τα οποία βρίσκονται όλο και πιο συχνά υπό αμφισβήτηση, καθώς τα πειράματα δεν έχουν εντοπίσει ίχνη τους.
[via]
