Όσα βλέπουμε στο Σύμπαν, έχουν συνειδητοποιήσει οι αστρονόμοι, δεν αντιστοιχούν παρά στο 4% της συνολικής μάζας και ενέργειας που υπάρχει στον κόσμο. Δύο νέες έρευνες επιχειρούν τώρα να ρίξουν φως στο υπόλοιπο 96%, τη μυστηριώδη σκοτεινή ύλη και την ακόμα πιο μυστηριώδη σκοτεινή ενέργεια.

Η πρώτη μελέτη επιχειρεί να προσδιορίσει το χρονικό της σκοτεινής ενέργειας, μιας θεωρητικής δύναμης που δρα αντίθετα από τη βαρύτητα και ευθύνεται για την επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος. Τα δεδομένα που συγκεντρώθηκαν θα μπορούσαν στο μέλλον να επιβεβαιώσουν ή να διαψεύσουν την κρατούσα άποψη, σύμφωνα με την οποία η σκοτεινή ενέργεια εμφανίστηκε ξαφνικά πριν από 5 με 7 δισεκατομμύρια χρόνια.

Η δεύτερη έρευνα εξέτασε τους γαλαξίες-νάνους που περιφέρονται γύρω από τον δικό μας Γαλαξία, και καταλήγει στο συμπέρασμα ότι η σκοτεινή ύλη που περιέχουν δεν μπορεί να αποτελείται από τα υποθετικά σωματίδια στα οποία εστιάζεται το ενδιαφέρον των αστρονόμων -ουσιαστικά, η μελέτη δεν απαντά στο ερώτημα του ποια είναι η σύσταση της σκοτεινής ύλης, αποκαλύπτει όμως ποια δεν είναι η σύστασή της.

Ματιά πίσω στο χρόνο

Σύμφωνα με την επικρατέστερη θεωρία, η διαστολή του Σύμπαντος δεν επιταχυνόταν ανέκαθεν. Οι κοσμολόγοι πιστεύουν ότι η διαστολή επιβραδυνόταν μέχρι πριν από 5 έως 7 δισεκατομμύρια χρόνια, οπότε εμφανίστηκε μυστηριωδώς η σκοτεινή ενέργεια και άρχισε να επιταχύνει τη διαστολή. Σήμερα, η δύναμη αυτή είναι τόσο ισχυρή ώστε πιστεύεται ότι αντιστοιχεί στο 73% της συνολικής υλοενέργειας του Σύμπαντος (σύμφωνα με τη σχετικότητα του Αϊνστάιν, η ύλη και η ενέργεια είναι ισοδύναμες).

Αν όμως η σκοτεινή ύλη εμφανίστηκε ξαφνικά, οι αποστάσεις που χώριζαν τους γαλαξίες πριν από την εμφάνισή της θα ήταν σημαντικά μικρότερες από ό,τι αν η σκοτεινή ενέργεια υπήρχε ανέκαθεν.

Για να εξετάσει το κατά πόσο αυτό ίσχυε πράγματι, διεθνής ερευνητική ομάδα εξέτασε γαλαξίες σε μεγάλες αποστάσεις, των οποίων το φως χρειάστηκε δισεκατομμύρια χρόνια να φτάσει μέχρι τη Γη. Ουσιαστικά, το να κοιτάζει κανείς αυτούς τους γαλαξίες είναι σαν να κοιτάζει το απώτερο παρελθόν.

Οι μετρήσεις προήλθαν από το Sloan Digital Sky Survey, μια ευρεία ερευνητική προσπάθεια για την ψηφιακή χαρτογράφηση του ουρανού. «Τα αποτελέσματα είναι εντυπωσιακά» σχολίασε ο Γουίλ Πέρσιβαλ του Πανεπιστημίου του Πόρτσμουθ, μέλος της ερευνητικής ομάδας. «Σήμερα έχουμε μόλις το ένα τρίτο των τελικών δεδομένων της έρευνας, κι όμως αυτό μας επιτρέπει ήδη να μετρήσουμε την ταχύτητα διαστολής του Σύμπαντος πριν από 6 δισ. χρόνια, και μάλιστα με περιθώριο λάθους μόλις 2%» τόνισε.

Η έρευνα βασίστηκε σε παρατηρήσεις σχετικά με 250.000 γαλαξίες, ωστόσο για την επιβεβαίωση ή διάψευση της θεωρίας απαιτούνται πολύ περισσότερες μετρήσεις, οι οποίες θα καλύψουν τελικά ένα εκατομμύριο γαλαξίες.

Τα αποτελέσματα παρουσιάστηκαν στο Εθνικό Συνέδριο Αστρονομίας που πραγματοποιήθηκε την περασμένη εβδομάδα στο Μάντσεστερ.

Σκοτεινοί νάνοι

Η δεύτερη μελέτη, η οποία δημοσιεύτηκε στο Physical Review Letters, εξέτασε δέκα από τους 20 και πλέον γαλαξίες-νάνους που κινούνται σε τροχιά γύρω από τον δικό μας Γαλαξία. Προηγούμενες μετρήσεις στον τρόπο που κινούνται οι γαλαξίες αυτοί είχαν δείξει ότι στο εσωτερικό τους υπάρχουν μεγάλες ποσότητες σκοτεινής ύλης.

Η σκοτεινή ύλη αντιστοιχεί στο 23% της υλοενέργειας του Σύμπαντος, είναι δηλαδή πέντε φορές περισσότερη από την κανονική ύλη. Πιστεύεται ότι αποτελείται από άγνωστα θεμελιώδη σωματίδια, τα οποία όμως δεν εκπέμπουν και δεν διαθλούν το φως, ούτε αλληλεπιδρούν με την κανονική ύλη.

Πολλοί φυσικοί πιστεύουν ότι το βασικό συστατικό της είναι τα WIMP (σωματίδια μεγάλης μάζας και ασθενούς αλληλεπίδρασης), των οποίων η ύπαρξη δεν έχει επιβεβαιωθεί. Θεωρητικά, όμως, ορισμένα WIMP αλληλοεξουδετερώνονται όταν συναντούν το ένα το άλλο και εκπέμπουν λάμψεις ακτίνων γάμμα.

Οι λάμψεις αυτές θα ήταν πιο εύκολο να καταγραφούν στους δορυφόρους γαλαξίες-νάνους, καθώς η ισχυρή ακτινοβολία του Γαλαξία θα έκρυβε τις λάμψεις που προέρχονται από τη γειτονιά μας.

Παρά τις προσπάθειες, όμως, το τηλεσκόπιο ακτίνων-γ «Fermi» απέτυχε να ανιχνεύσει τέτοιες λάμψεις σε ένα μεγάλο εύρος ενεργειών. Και η αδυναμία ανίχνευσης λάμψεων δείχνει να διαψεύδει τις θεωρητικές προβλέψεις για τέσσερα είδη σωματιδίων WIMP.

Αυτό σημαίνει το βασικό συστατικό που πολλοί πίστευαν ότι υπάρχει στη σκοτεινή ύλη πιθανότατα δεν υπάρχει πουθενά.

Είναι ένα αρνητικό αποτέλεσμα, το οποίο όμως αποτελεί ένα σημαντικό βήμα για τη λύση του μυστηρίου.

Όπως όλα δείχνουν, η αναζήτηση των σκοτεινών συστατικών του Σύμπαντος δεν θα τελειώσει σύντομα.