Μαύρες τρύπες + σκοτεινή ύλη = φως

Δύο από τα πιο σκοτεινά πράγματα στο σύμπαν μπορούν να φτιάξουν φως – ή, τουλάχιστον, ακτινοβολία. Όταν οι πίδακες ύλης που φεύγουν από μια υπερβαρέα μαύρη τρύπα στο κέντρο ενός γαλαξία, συγκρουστούν με την σκοτεινή ύλη, θα μπορούσαν να παράγουν ακτίνες γάμμα ανιχνεύσιμες από τη Γη – πιθανές ενδείξεις για την φευγαλέα αυτή σκοτεινή ουσία.

Σημάδια σκοτεινής ύλης από την μαύρη τρύπα του γαλαξία Centaurus A ;

Αυτοί οι πίδακες από σωματίδια ως γνωστόν κινούνται μακριά από τις μαύρες τρύπες στο διάστημα με μια ταχύτητα κοντά σε αυτή του φωτός. Τα σωματίδια αυτά όμως πρέπει να είναι παρόμοια με την ύλη που πέφτει μέσα στη μαύρη τρύπα. Ο Stefano Profumo του Πανεπιστημίου της Santa Cruz στην Καλιφόρνια μαζί με τους συνάδελφους του υπολόγισαν με ποιό τρόπο τα ηλεκτρόνια σε έναν από αυτούς τους πίδακες θα αλληλεπιδρούν με την οποιαδήποτε γύρω τους σκοτεινή ύλη.

Ο Stefano Profumo λοιπόν εξέτασε ειδικά τις μορφές των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης που προβλέπονται από δύο μεγάλες θεωρίες: η μία είναι η υπερσυμμετρία, η οποία προτείνει ότι κάθε συνηθισμένο σωματίδιο έχει ένα υπερ-εταίρι (superpartner), και η άλλη θεωρεί ότι το σύμπαν κρύβει μια τέταρτη χωρική διάσταση.

Διαπίστωσε ότι όχι απλώς αναπηδούσαν μακριά το ένα το άλλο όταν συγκρούονταν, αλλά μερικά από τα ηλεκτρόνια και τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης θα μπορούσαν να συγχωνεύονται, μετατρεπόμενα σε ένα απλό υπερσυμμετρικό ηλεκτρόνιο ή μία εξτρά διαστάσεων εκδοχή του ηλεκτρονίου. Αυτό το σωματίδιο υπολογίζεται πως θα είναι βαρύ, και ότι ένα μεγάλο μέρος της κινητικής ενέργειας του αρχικού ηλεκτρονίου θα μετατραπεί στο νέο σωματίδιο. Ως εκ τούτου, το νέο σωματίδιο θα είναι σχεδόν ακίνητο.

Αν το σωματίδιο αυτό στη συνέχεια διασπαστεί σε ένα ηλεκτρόνιο και ένα σωματίδιο σκοτεινής ύλης στην βασική του κατάσταση, το ηλεκτρόνιο τότε θα ελευθέρωνε ακτίνες γάμμα. Σε αντίθεση με ένα σωματίδιο που ταξιδεύει γρήγορα, όπως αυτά που βρίσκονται στους πίδακες στις μαύρες τρύπες, τα βραδυκίνητα σωματίδια θα εκπέμπουν ακτίνες που θα μπορούσαν να ταξιδεύουν προς οποιαδήποτε κατεύθυνση. Η διαδικασία αυτή θα μπορούσε ενδεχομένως να καταστήσει ευκολότερη την διάκριση τους από την πλημμυρίδα των φωτονίων στους πίδακες, λέει ο Mikhail Gorshteyn του Πανεπιστημίου της Ιντιάνα στο Μπλούμινγκτον.

Η ιδέα ότι τα σωματίδια από μια μαύρη τρύπα θα μπορούσαν να αλληλεπιδράσουν με τη σκοτεινή ύλη για την παραγωγή ακτίνων γάμμα έχει προταθεί και στο παρελθόν, αλλά μια προηγούμενη μελέτη πρότεινε ότι οι ακτίνες θα ήταν πολύ αδύναμες για να τις δούμε από τη Γη.

Ωστόσο, η ομάδα του Stefano Profumo διαπίστωσε ότι μέσα σε ένα στενό εύρος ενέργειας των ηλεκτρονίων, σχεδόν όλα τα ηλεκτρόνια που συγκρούονται με τη σκοτεινή ύλη, θα μετατραπούν σε υπερσυμμετρικά ηλεκτρόνια ή στην εκδοχή μιας επιπλέον διάστασης. Αυτό το φαινόμενο του «συντονισμού» θα παράγει ακτίνες γάμμα που θα μπορούσαν να παρατηρηθούν από ανιχνευτές κοντά στη γη, όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο Fermi, πιστεύει ο Mikhail Gorshteyn.

Οι πίδακες από μια μαύρη τρύπα θα μπορούσαν να αλληλεπιδράσουν με την σκοτεινή ύλη, παράγοντας ακτίνες γάμμα ανιχνεύσιμες στη Γη

Η ερευνητική ομάδα υπολογίζει ότι το φαινόμενο θα μπορούσε να βρίσκεται εντός των ορίων της συχνότητας των ακτίνων γάμμα, που ανιχνεύει το Fermi, και οι οποίες προέρχονται από τη μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία Κένταυρος Α. Ωστόσο, το φάσμα συχνοτήτων των ακτίνων γάμμα που προέρχονται από έναν άλλο γαλαξία, τον Messier 87, δεν ταιριάζει με τις προβλέψεις τους.

"Τα αποτελέσματα αυτά είναι πολύ πρόωρο να εξηγηθούν," υποστηρίζει ο Lars Bergstrom του Πανεπιστήμιο της Στοκχόλμης. Ωστόσο, προσθέτει ότι υπάρχει διαφορά στην κατανομή της σκοτεινής ύλης στους δύο γαλαξίες, κάτι που μπορεί να εξηγήσει την διαφορά που βρέθηκε.

“Το συναρπαστικό είναι ότι έχουμε μερικές νύξεις από τα δεδομένα του Fermi”, λέει ο Profumo, "αλλά φυσικά χρειάζεται επιβεβαίωση – θα πρέπει να έχουμε μαζί κι άλλα κομμάτια του παζλ."