Σκοτεινή Ύλη ή Πάλσαρ; Το Fermi δεν ξέρει να μας πει

Κάτι άγνωστο γίνεται γύρω μας μέσα σε μια απόσταση λίγων εκατοντάδων ετών φωτός, δημιουργώντας ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας που δεν καταλαβαίνουμε πώς προκύπτουν. Πρόσφατα στοιχεία από το διαστημικό τηλεσκόπιο Fermi της NASA των ακτίνων-Χ που πέταξε πριν ένα χρόνο κρατά ζωντανό το μυστήριο.

Οι ερευνητές δεν μπορούν ακόμα να πουν εάν τα μυστηριώδη ηλεκτρόνια προέρχονται από τις διασπάσεις των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης ή πρόκειται κάτι πιο εγκόσμιο, δηλαδή από ένα σχετικά κοντινό μας πάλσαρ.

Τα βαρυτικά στοιχεία είναι συντριπτικά: η μη βαρυονική σκοτεινή ύλη ξεπερνά σε βάρος όλη την συνηθισμένη ύλη στον Κόσμο περίπου έξι φορές. Αλλά δεν έχουν επιβεβαιωθεί ποτέ άμεσες ανιχνεύσεις αυτής της μυστήριας ουσίας. Η σκοτεινή ύλη είναι πολύ αόριστη επειδή αισθάνεται προφανώς μόνο την βαρύτητα – ούτε εκπέμπει ούτε απορροφά το φως, και γι αυτό παραμένει αόρατη. Ούτε συγκεντρώνεται μαζί όπως η συνηθισμένη ύλη για να σχηματίσει συμπυκνωμένα αντικείμενα, όπως αστέρια και πλανήτες ή γαλαξίες. Αλλά η βαρυτική έλξη της είναι απαραίτητη για να σχηματιστούν οι γαλαξίες και να διατηρήσουν τη συνοχή τους.

Η πρόσθετη έλξη λόγω της βαρύτητας της σκοτεινής ύλης είναι απαραίτητη για να εξηγήσει την ταχύτητα περιστροφής που αποκτούν οι εξωτερικές σπείρες των γαλαξιών, όπως είναι ο M51, ή Whirlpool Galaxy,

Μια δημοφιλής θεωρία υποθέτει ότι η σκοτεινή ύλη αποτελείται από ένα ή περισσότερα άγνωστα σωματίδια με μάζα που προβλέπονται όχι από το Καθιερωμένο Μοντέλο αλλά από τις "υπερσυμμετρικές" θεωρίες της φυσικής. Τέτοια σωματίδια εξαϋλώνονται αμέσως όταν συγκρούονται ή διασπώνται αυθόρμητα, δημιουργώντας έτσι ηλεκτρόνια υψηλής ταχύτητας και ποζιτρόνιο κατά τη διαδικασία.

Τους τελευταίους μήνες, επιστήμονες με το πειραματικό μπαλόνι ATIC και τον ευρωπαϊκό δορυφόρο PAMELA μέτρησαν έναν υπερβολικό αριθμό (πάνω από το κανονικό) ηλεκτρονίων υψηλής ταχύτητας καθώς και ποζιτρονίων, που προέρχονται από το βαθύ διάστημα.

Συγκρίνοντας τα πρόσφατα στοιχεία του δορυφόρου Fermi με τα αποτελέσματα του δορυφόρου PAMELA, ο Elliott Bloom (Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντή SLAC) της επιστημονικής ομάδας του δορυφόρου Fermi λέει πως εάν πάρετε και τα δύο μαζί, η εντύπωση είναι ότι φαίνεται να υπάρχει μια σχετικά πολύ κοντινή πηγή για να παραγάγει τα πρόσθετα ηλεκτρόνια υψηλής ταχύτητας και ποζιτρόνια.

Ακόμα κι αν επιβεβαιωθεί ο υπερβολικός αριθμός των σωματιδίων, μπορεί άνετα να οφείλονται σε αστροφυσικές πηγές – όπως πάλσαρ – παρά στην σκοτεινή ύλη.

Αυτά τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να προέλθουν από περιοχές μερικές εκατοντάδες έτη φωτός μακριά, επειδή οι συγκρούσεις με το διαστρικό αέριο θα τα επιβράδυναν. Ακόμα και μια κοντινή πηγή δεν υπονοεί απαραιτήτως παρουσία σκοτεινής ύλης. Παραδείγματος χάριν, το πάλσαρ Geminga, περίπου 500 έτη φωτός μακριά στους Διδύμους, θα μπορούσε άνετα να εκπέμπει ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια.

Ενώ τα αποτελέσματα του Fermi ταιριάζουν με τα πειράματα του PAMELA, φαίνονται να έρχονται σε αντίθεση με εκείνα του μπαλονιού ATIC. Το Fermi ανίχνευσε πολύ λιγότερα πρόσθετα ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια από το ATIC. Πέρυσι το φθινόπωρο το ATIC προκάλεσε έναν ενθουσιασμό επειδή είχε παρατηρήσει πολλά ηλεκτρόνια με, λίγο πολύ, υψηλές ενέργειες όπως αναμένονται από τις διασπάσεις του υποτιθέμενου σωματιδίου της σκοτεινή ύής.

Η ομάδα του ATIC θα αναλύσει ξανά τα στοιχεία της και θα υπολογίσει τι ακριβώς συνέβη. Ο επικεφαλής John Wefel της ομάδας ATIC (Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Λουιζιάνας) αναγνωρίζει πως τα στοιχεία του Fermi είναι πιο αξιόπιστο επειδή περιλαμβάνουν πολλά περισσότερα ηλεκτρόνια: "Οι στατιστικές είναι καλύτερες σε παρατηρήσεις μεγάλου χρόνου," λέει.

Η ανακοίνωση της ομάδας Fermi αναφέρει ότι καμιά σκοτεινή ύλη δεν απαιτείται για να εξηγήσει τα στοιχεία τους, αλλά δεν κλείνει και την πόρτα τελείως. Ο Bruce Winstein (πανεπιστήμιο του Σικάγου), που δεν συμμετείχε στο πείραμα, λέει: "Είναι πολύ συντηρητικοί στις εκτιμήσει
ς τους ασυνήθιστο τρόπο."

Τα στοιχεία του Fermi ταιριάζουν αρκετά καλά με αυτά άλλων πειραμάτων, συμπεριλαμβανομένου του ευρωπαϊκού δορυφόρου PAMELA. Και αυτού τα δεδομένα φαίνεται να δείχνουν είτε σκοτεινή ύλη είτε πάλσαρ. "Το στοιχείο μας υποδεικνύουν ότι υπάρχει ένα χαρακτηριστικό," λέει ο Peter Michelson (SLAC), επικεφαλής του τηλεσκοπίου Large Area Telescope του δορυφόρου Fermi.

Σε μερικούς μήνες, το Fermi θα μπορούσε να μαζέψει αρκετά στοιχεία που να λένε εάν ένα πάλσαρ είναι ο ένοχος, ενισχύοντας έτσι την εικόνας όπου τα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια προέρχονται από αυτό. Οι διασπάσεις της σκοτεινής ύλης πρέπει να παραγάγουν ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια που να προέρχονται από όλες τις κατευθύνσεις επειδή, όπως λέει ο θεωρητικός του Caltech Sean Carroll, "τοπικά η σκοτεινή ύλη λίγο πολύ κατανέμεται ομοιόμορφα, από όσο πιστεύουμε.

Πάντως εάν υπάρχει σε ένα σημείο στον ουρανό απλώς μια πηγή δεν θα είναι εύκολο να καθοριστεί. Τα περισσότερα από τα ηλεκτρόνια σκεδάζονται ή διασκορπίζονται από τα γαλαξιακά μαγνητικά πεδία προτού να φθάσουν στη Γη, γι αυτό είναι πολύ δύσκολο να πούμε πού δημιουργήθηκαν.

Αρχές αυτού του Οκτωβρίου, ο Μεγάλο Επιταχυντής Αδρονίων κοντά στη Γενεύη, θα μπορούσε να μας προσφέρει μια πολύ-αναμενόμενη σημαντική ανακάλυψη με το να δημιουργήσει σκοτεινή ύλη εδώ στη Γη. Οι επιστήμονες θα μπορούσαν τότε να μάθουν για τις ιδιότητες αυτών των σωματιδίων – αρχίζοντας από τις μάζες τους, παραδείγματος χάριν – και να δουν εάν μπορούν να παραγάγουν τα αποτελέσματα που υπαινίσσονται από τους δορυφόρους Fermi και PAMELA.