Νέα έρευνα υποδηλώνει για πρώτη φορά ότι υπάρχει αλληλεπίδραση μεταξύ Σκοτεινής Ύλης και Σκοτεινής Ενέργειας
Για δεκαετίες, η Κοσμολογία λειτουργούσε πάνω σε μια σχεδόν ιερή αρχή: η Σκοτεινή Ύλη και η Σκοτεινή Ενέργεια είναι δύο μεγάλες, αδιαπέραστες δυνάμεις του Σύμπαντος που δεν έχουν καμία άμεση σχέση μεταξύ τους. Η πρώτη συγκρατεί τις γαλαξιακές δομές μέσω της βαρύτητας, η δεύτερη ωθεί το Σύμπαν να διαστέλλεται όλο και πιο γρήγορα. Δύο κυρίαρχοι παίκτες, που όμως ποτέ δεν αγγίζονται. Ή τουλάχιστον έτσι πιστεύαμε.
Ένα νέο σύνολο προσομοιώσεων από το Shanghai Astronomical Observatory αφήνει να εννοηθεί πως αυτό το δόγμα ίσως χρειάζεται αναθεώρηση. Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι Σκοτεινή Ύλη και Σκοτεινή Ενέργεια μπορεί να ανταλλάσσουν ενέργεια, να αλληλεπιδρούν και, ως αποτέλεσμα, να μεταμορφώνουν τις μεγάλες κοσμικές δομές που γνωρίζουμε. Εάν αυτό επιβεβαιωθεί, το μοντέλο ΛCDM (το θεμέλιο της σύγχρονης Κοσμολογίας) θα χρειαζόταν να ξαναγραφεί.
Στο επίκεντρο της μελέτης βρίσκονται τα λεγόμενα «σκοτεινά φωτοστέφανα»: αόρατα νέφη Σκοτεινής Ύλης που λειτουργούν ως οικοδομικά τεμάχια των γαλαξιών. Αν θέλετε μια πρόχειρη παρομοίωση, αυτά τα «φωτοστέφανα» είναι σαν ο σκελετός του Σύμπαντος. Χωρίς αυτούς, τίποτα δεν θα κρατούσε στη θέση του.
Τρία σύμπαντα, τρία διαφορετικά αποτελέσματα
Για να δοκιμάσουν την υπόθεση, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τον κώδικα ME-GADGET ώστε να δημιουργήσουν ψηφιακά Σύμπαντα. Έτρεξαν τρία σενάρια: το καθιερωμένο ΛCDM και δύο εναλλακτικές εκδοχές IDE (Interacting Dark Energy). Στη μία περίπτωση η Σκοτεινή Ύλη μετατρεπόταν σταδιακά σε Σκοτεινή εΕνέργεια, στην άλλη συνέβαινε το αντίστροφο.
Τα αποτελέσματα έμοιαζαν με κοσμική φυσική του σώματος: όταν η Σκοτεινή Ύλη «έχανε» ενέργεια, τα φωτοστέφανα γίνονταν πιο χαλαρά, λιγότερο συμπαγή και πιο επιρρεπή στις πιέσεις του περιβάλλοντος. Αυτή η ευελιξία τα οδηγούσε να ακολουθούν καλύτερα τους τεράστιους κοσμικούς ιστούς, τους γιγάντιους «δρόμους» ύλης που ενώνουν γαλαξία με γαλαξία.
Στο αντίθετο σενάριο, όπου η Σκοτεινή Ενέργεια γινόταν Σκοτεινή Ύλη, τα φωτοστέφανα έμοιαζαν να φουσκώνουν από «δύναμη». Ήταν πιο πυκνά, πιο σταθερά, και λιγότερο δεκτικά στις επιρροές της γύρω δομής, σχεδόν σαν ένας μυώδης, «σφιχτός» οργανισμός που κρατά ακλόνητη τη στάση του.
Ένας από τους ερευνητές παρομοίασε τη διαφορά με δύο ανθρώπινα σώματα: το ένα γυμνασμένο, με απόλυτο έλεγχο των κινήσεων, το άλλο πιο χαλαρό και ευάλωτο στο περιβάλλον. Αν και η αναλογία είναι απλή, αποτυπώνει ένα βαθύ φυσικό φαινόμενο: αν Σκοτεινή Ύλη και Σκοτεινή Ενέργεια επικοινωνούν ενεργειακά, τότε ολόκληρη η γεωμετρία του σύμπαντος μπορεί να αλλάζει με τρόπους που δεν έχουμε υπολογίσει.
Γιατί όλα αυτά έχουν σημασία;
Ο τρόπος με τον οποίο τα σκοτεινά φωτοστέφανα ευθυγραμμίζονται στο Σύμπαν δεν είναι απλώς ένα θεωρητικό παιχνίδι. Οι παραμορφώσεις αυτές μπορούν να επηρεάσουν άμεσα τον τρόπο που μετράμε τη δομή του Σύμπαντος μέσω του αδύναμου βαρυτικού φακού, μία από τις πιο κρίσιμες μεθόδους για τη χαρτογράφηση της Σκοτεινής Ύλης.
Αν τα φωτοστέφανα τείνουν να ευθυγραμμίζονται λόγω μιας αλληλεπίδρασης που δεν έχουμε υπολογίσει, τότε τα δεδομένα που συλλέγουν τα μεγάλα τηλεσκόπια μπορεί να παρερμηνεύονται. Η νέα έρευνα δίνει μια πρώτη λεπτομερή χαρτογράφηση αυτών των επιπτώσεων σε σενάρια αλληλεπίδρασης Σκοτεινής Ύλης – Σκοτεινής ενέργειας. Και αυτό αποκτά ιδιαίτερη σημασία ενόψει των νέων αποστολών, όπως το China Space Station Telescope, που θα προσφέρει έναν κατακλυσμό νέων παρατηρήσεων στην επόμενη δεκαετία.
Το κενό που μένει να καλυφθεί
Παρότι οι προσομοιώσεις είναι εντυπωσιακά λεπτομερείς, εξακολουθούν να βασίζονται αποκλειστικά στη Σκοτεινή Ύλη. Η πραγματικότητα όμως είναι γεμάτη με αέρια, άστρα, εκρήξεις υπερκαινοφανών, μαγνητικά πεδία και άπειρες μικροφυσικές διεργασίες που επηρεάζουν τη διαμόρφωση των γαλαξιών. Το επόμενο βήμα των ερευνητών είναι να ενσωματώσουν αυτή τη βαρύτητα της καθημερινής κοσμικής ύλης για να ελέγξουν αν τα σήματα ευθυγράμμισης επιβιώνουν ή αλλοιώνονται.
Ταυτόχρονα, θέλουν να βελτιώσουν τα μαθηματικά μοντέλα που χρησιμοποιούμε σήμερα για να διορθώνουμε το φαινόμενο της εσωτερικής ευθυγράμμισης στις παρατηρήσεις. Εάν όντως υπάρχει αλληλεπίδραση μεταξύ Σκοτεινής Ύλης και Σκοτεινής Ενέργειας, τότε ίσως προσφέρει μία εξήγηση για κάποιες από τις επίμονες ανωμαλίες που ταλαιπωρούν τη σύγχρονη κοσμολογία, από μικρές ασυμφωνίες στις μετρήσεις του Ηubble μέχρι πιο σύνθετες αποκλίσεις στις χαρτογραφήσεις της μεγάλης κλίμακας δομής.
Ένα σύμπαν πιο ζωντανό από όσο νομίζαμε
Η ιδέα ότι οι δύο σκοτεινές συνιστώσες του Σύμπαντος είναι εντελώς ανεξάρτητες ήταν βολική, αλλά ίσως και υπερβολικά απλοποιημένη. Αν η νέα μελέτη έχει δίκιο, τότε το Σύμπαν δεν είναι ένας στατικός καμβάς πάνω στον οποίο «παίζουν» οι κοσμικές δυνάμεις, αλλά ένας ζωντανός οργανισμός όπου ακόμη και τα πιο αινιγματικά συστατικά ανταλλάσσουν ενέργεια, σμιλεύοντας τη δομή του χώρου.
