Τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης μπορεί να είναι βαρύτερα από όσο πιστεύαμε

Νάνοι γαλαξίες που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τον Γαλαξία μας

  

Η σκοτεινή ύλη σιγά-σιγά βγαίνει από τους κρυψώνες της. Δύο νέες έρευνες στον ουρανό των ακτίνων-γ δείχνουν ότι εάν η μυστηριώδης ύλη αποτελείται από ένα σωματίδιο, αυτό θα είναι βαρύτερο από 40 GeV, ή περίπου 44 φορές τη μάζα του πρωτονίου.

Το αποτέλεσμα αυτό έρχεται σε αντίθεση με υπαινιγμούς από τρία άλλα πειράματα πάνω στη Γη, που επεσήμαναν πως ένα ελαφρύ σωματίδιο σκοτεινής ύλης ζυγίζει μόνο το ένα τέταρτο, αν και ορισμένοι ερευνητές λένε ότι τέτοια μικρά βάρη βρίσκονται ακόμα στο πεδίο της έρευνας.

Η σκοτεινή ύλη ως γνωστόν αποτελεί το 80 τοις εκατό όλης της ύλης στο σύμπαν, αλλά κανείς δεν είναι σίγουρος από τι είναι φτιαγμένη.

Το κορυφαίο υποψήφιο σωματίδιο για την σκοτεινή ύλη είναι το WIMP, ή Ασθενώς Αλληλεπιδρώντα Σωματίδια με Μάζα, τα οποία παρήχθησαν στο big bang και έχει προκαλέσει την συγκέντρωση μεγάλων δομών, όπως οι γαλαξίες από τότε. Οι φυσικοί γνωρίζουν πόση σκοτεινή ύλη περιέχει το σύμπαν  συνολικά, αλλά όχι το πόσο ζυγίζει κάθε WIMP.

Άμεσες ανιχνεύσεις

Ένας τρόπος για να το μάθουμε είναι να περιμένουμε υπομονετικά να αφήσει τα ίχνη του το σωματίδιο αυτό σε έναν ανιχνευτή θαμμένα βαθιά κάτω στη γη, για την αποφυγή πλαστών σημάτων από τα συνήθη σωματίδια, τα οποία έρχονται από το διάστημα. Μερικοί από αυτούς τους ανιχνευτές δεν έχουν ακόμη πιάσει τίποτα, αλλά τρία από αυτά – το CRESST ΙΙ και το DAMA, και οι δύο βρίσκονται σε ένα ορυχείο στην Ιταλία, και το τρίτο το CoGeNT, σε ένα ορυχείο στη Μινεσότα – έχουν αναφέρει δελεαστικούς υπαινιγμούς για ένα σωματίδιο βάρους μεταξύ 7 και 20 GeV.

Ένας άλλος τρόπος για να εξετάσουν τις ιδιότητες των σωματιδίων οι φυσικοί είναι να ψάξουν για την ακτινοβολία των ακτίνων-γ που παράγονται όταν δύο WIMPs συγκρούονται και εξαϋλώνονται, παράγοντας έναν καταρράκτη σωματιδίων και φωτονίων. Πέρυσι, ο Dan Hooper του Fermilab στο Ιλλινόις χρησιμοποίησε δεδομένα από το διαστημικό τηλεσκόπιο Fermi για να δείξει τι θα μπορούσε να είναι η ακτινοβολία που προέρχεται από ένα εξίσου ελαφρύ σωματίδιο σκοτεινής ύλης, το οποίο προέρχεται από το κέντρο του Γαλαξία μας.

Αλλά τώρα, δύο ανεξάρτητες ομάδες που μελετούν τα δεδομένα του Fermi λένε ότι στόχευσαν σε ένα σωματίδιο σκοτεινής ύλης, βάρους τουλάχιστον 40 GeV.

Δεν υπάρχει αρκετή ακτινοβολία

Και οι δύο ομάδες αναζήτησαν για μια λάμψη ακτίνων γάμμα που να προέρχεται από την σκοτεινή ύλη στους νάνους γαλαξίες που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τον Γαλαξία μας. Μία ομάδα ερευνητών στο Fermi εξέτασαν για δύο χρόνια 10 νάνους γαλαξίες. Η άλλη εξέτασε ακτίνες-γ από επτά γαλαξίες σε διάστημα τριών ετών.

Οι δύο ομάδες χρησιμοποίησαν διαφορετικές στατιστικές προσεγγίσεις, προκειμένου να αφαιρούν από τις εκπομπές ακτίνων-γ τις συνηθισμένες αστροφυσικές πηγές, όπως τα πάλσαρ και σουπερνόβες για να κυνηγήσουν έτσι τα τυχόν σήματα από την σκοτεινή ύλη, και η κάθε μία έφτασε στο ίδιο συμπέρασμα – ότι κάθε ακτινοβολία γάμμα που προέρχεται από τη σκοτεινή ύλη πρέπει να παράγεται από ένα σχετικά βαρύ σωματίδιο.

Γιατί όμως;

Αν κάθε σωματίδιο της σκοτεινής ύλης ήταν αντίθετα μικρό και ελαφρύ, θα πρέπει να υπάρχουν πολλά από αυτά για να συγκεντρωθεί η τεράστια ποσότητα της σκοτεινής ύλης, που έμμεσα έχει ανιχνευθεί στο σύμπαν από την βαρυτική έλξη της πάνω στην κανονική ύλη. Αν υπήρχαν πολλά σωματίδια της σκοτεινής ύλης, θα υπήρχαν πολλές συγκρούσεις μεταξύ τους και ως εκ τούτου πολύ περισσότερες ακτίνες γάμμα από όσες έχουν δει, λένε οι δύο ομάδες.

"Αν τα WIMPs ήταν μικρότερα, θα πρέπει να τα είχαμε δει, όμως εμείς δεν τα είδαμε”, λέει ο Σάββας Κουσιάππας (Koushiappas), μέλος της δεύτερης ομάδας από το Πανεπιστήμιο Brown του Ρόουντ Άιλαντ. "Πρόκειται για το ισχυρότερο όριο για τη μάζα που είχαμε μέχρι τώρα."

Όχι τόσο γρήγορα

Όμως οι μελέτες δεν είναι απαραίτητα κι ένα αγγελτήριο θανάτου για τα ελαφριά σωματίδια της σκοτεινής ύλης, λέει ο Dan Hooper του Fermilab. Κι αυτό επειδή χρησιμοποιούν ένα μοντέλο της σκοτεινής ύλης που διασπάται σε ορισμένα είδη σωματιδίων, όπως τα βαρέα κουάρκ και ταξιδεύουν με την ίδια ταχύτητα, ανεξάρτητα από τη θερμοκρασία τους. Σε περίπτωση που, στην πραγματικότητα, η σκοτεινή ύλη διασπάται σε σωματίδια που το Fermi δεν μπορεί να ανιχνεύσει, ή εάν κινείτο πιο γρήγορα όταν το σύμπαν ήταν νεότερο και πιο ζεστό, τότε θα μπορούσε να ελαφρύ όσο και 10 GeV, λέει ο Hooper.

Αυτές οι ομάδες αποκλείουν ορισμένα είδη σωματιδίων, αλλά δεν αποκλείουν και νάρκες", δήλωσε.

Ακόμα, η δημοσίευση αυτή είναι ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός. "Για πρώτη φορά, διασταυρωνόμαστε πραγματικά με θεωρητικά αποδεκτά ελκυστικά μοντέλα," λέει. «Κανένα πείραμα δεν πρόκειται να σκοτώσει όλα τα μοντέλα της σκοτεινής ύλης που μπορούμε να σκεφτούμε. Πρόκειται να πάρουμε πολλές διαφορετικές προσεγγίσεις."

Και οι δύο μελέτες θα δημοσιευτούν στο Physical Review Letters

Πηγή: New Scientist.

Πηγή:http://physics4u.wordpress.com