Σκοτεινή Ύλη: Υπακούει στη βαρύτητα και ίσως αυτό αποκλείει μια 5η θεμελιώδη δύναμη

Μπορεί να είναι αόρατη, απρόσιτη και απίστευτα μυστηριώδης, αλλά η Σκοτεινή Ύλη φαίνεται τελικά να ακολουθεί τους ίδιους κοσμικούς κανόνες με ό,τι άλλο υπάρχει στο Σύμπαν. Μια νέα μελέτη αποκαλύπτει ότι αυτό το άγνωστο «συστατικό» του Σύμπαντος υπακούει στη βαρύτητα σε τεράστιες κλίμακες, θέτοντας υπό αμφισβήτηση την ύπαρξη μιας πέμπτης θεμελιώδους δύναμης της φύσης.

Η Σκοτεινή Ύλη αποτελεί περίπου το 85% της συνολικής ύλης του Σύμπαντος, κι όμως, κανείς δεν την έχει δει ποτέ άμεσα. Δεν εκπέμπει, δεν απορροφά και δεν αντανακλά φως, πράγμα που την καθιστά ουσιαστικά αόρατη. Οι αστροφυσικοί αντιλαμβάνονται την παρουσία της μόνο μέσα από την επίδρασή της στη βαρύτητα, όπως το πώς καμπυλώνει το φως ή το πώς συγκρατεί ολόκληρους γαλαξίες από το να διαλυθούν.

Γνωρίζουμε πως η «συνηθισμένη» ύλη (αυτή που αποτελεί τα άστρα, τους πλανήτες και εμάς) αλληλεπιδρά μέσω τεσσάρων θεμελιωδών δυνάμεων: της βαρύτητας, του ηλεκτρομαγνητισμού, της ισχυρής και της ασθενούς πυρηνικής δύναμης. Όμως η Σκοτεινή Ύλη φαίνεται να στέκεται στο περιθώριο αυτής της κοσμικής τετράδας. Δεν αντιδρά στο φως, και αν επηρεάζεται από ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις, αυτό γίνεται σε βαθμό τόσο ασθενή που ουσιαστικά αγνοείται.

Μέχρι σήμερα γνωρίζαμε ότι η Σκοτεινή Ύλη δρα βαρυτικά σε μικρές κλίμακες, μέσα σε γαλαξίες ή σμήνη γαλαξιών. Όμως παρέμενε αβέβαιο αν αυτή η συμπεριφορά ισχύει και σε κοσμολογικές κλίμακες, δηλαδή αν ακολουθεί τους νόμους που περιέγραψε ο Albert Einstein στη θεωρία της γενικής σχετικότητας. Η απάντηση σε αυτό το ερώτημα είναι κρίσιμη, αφού η Σκοτεινή Ύλη έχει παίξει καθοριστικό ρόλο στη διαμόρφωση του Σύμπαντος, όντας πέντε φορές περισσότερη από την κανονική ύλη.

Για να λύσουν αυτό το αίνιγμα, ερευνητές από το University of Geneva (UNIGE) αποφάσισαν να εξετάσουν αν η Σκοτεινή Ύλη «πέφτει» μέσα στις βαρυτικές γεωμετρίες του Σύμπαντος με τον ίδιο τρόπο που το κάνει η κανονική ύλη. Αυτές οι γεωμετρίες δημιουργούνται από τεράστιες συγκεντρώσεις μάζας, που παραμορφώνουν τον χωροχρόνο, ακριβώς όπως προβλέπει η γενική σχετικότητα.

«Συγκρίναμε τις ταχύτητες των γαλαξιών σε ολόκληρο το σύμπαν με το βάθος των βαρυτικών πηγαδιών στα οποία κινούνται», εξηγεί η Camille Bonvin, μέλος της ερευνητικής ομάδας του UNIGE. «Αν η Σκοτεινή Ύλη υπακούει αποκλειστικά στη βαρύτητα, τότε οι γαλαξίες — που αποτελούνται κυρίως από Σκοτεινή Ύλη — θα πρέπει να πέφτουν σε αυτά τα βαρυτικά πηγάδια με τον ίδιο τρόπο όπως η συνηθισμένη ύλη. Αν όμως υπήρχε μια άγνωστη πέμπτη δύναμη, θα παρατηρούσαμε διαφορετική συμπεριφορά στις κινήσεις τους».

Αναλύοντας τα πιο πρόσφατα κοσμολογικά δεδομένα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η Σκοτεινή Ύλη πράγματι υπακούει στους νόμους της βαρύτητας, όπως τους γνωρίζουμε. Η μελέτη δεν εντόπισε καμία ένδειξη ύπαρξης μιας πέμπτης δύναμης που να καθορίζει τη συμπεριφορά της.

Παρότι τα ευρήματα ενισχύουν τη θεωρία της γενικής σχετικότητας, δεν κλείνουν εντελώς την πόρτα σε μια πέμπτη δύναμη της φύσης. Όπως σημειώνει η Nastassia Grimm από το University of Portsmouth, «αν μια τέτοια δύναμη υπάρχει, τότε η ισχύς της δεν μπορεί να ξεπερνά το 7% της βαρύτητας — διαφορετικά θα είχε ήδη αποκαλυφθεί από τις αναλύσεις μας».

Με άλλα λόγια, ακόμα κι αν υπάρχει μια άγνωστη δύναμη που επηρεάζει τη Σκοτεινή Ύλη, η επίδρασή της είναι τόσο ασθενής που σήμερα δύσκολα μπορεί να εντοπιστεί. Ωστόσο, η επιστήμη βρίσκεται πολύ κοντά στο να την ανιχνεύσει, εφόσον υπάρχει.

Η νέα έρευνα, που δημοσιεύτηκε στο Nature Communications, ανοίγει τον δρόμο για πιο ακριβείς μετρήσεις. Οι επιστήμονες περιμένουν ότι οι επερχόμενες αποστολές όπως το Legacy Survey of Space and Time (LSST) του Vera C. Rubin Observatory και το Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), θα προσφέρουν δεδομένα με πρωτοφανή ευαισθησία.

«Οι νέες αυτές μετρήσεις θα μας επιτρέψουν να ανιχνεύσουμε δυνάμεις που φτάνουν μόλις το 2% της έντασης της βαρύτητας», αναφέρει ο Isaac Tutusaus από το University of Toulouse. «Με αυτόν τον τρόπο θα μπορέσουμε να κατανοήσουμε ακόμα βαθύτερα τη συμπεριφορά της Σκοτεινής Ύλης».

Η Σκοτεινή Ύλη παραμένει ίσως το πιο παράξενο κομμάτι του κοσμικού παζλ. Αν και τα νέα ευρήματα φαίνεται να αποκλείουν μια πέμπτη δύναμη, αφήνουν ανοιχτό το ενδεχόμενο να υπάρχει κάτι πέρα από τη βαρύτητα, κάτι που ακόμη δεν έχουμε την ικανότητα να δούμε. Και όπως πάντα στην Κοσμολογία, κάθε απάντηση γεννά νέα ερωτήματα. Αν η Σκοτεινή Ύλη υπακούει απόλυτα στους γνωστούς νόμους, τότε γιατί είναι τόσο δύσκολο να την ανιχνεύσουμε; Αν πάλι δεν υπακούει, τι είδους δύναμη θα μπορούσε να την κυβερνά;

[source]