Αναμείνατε ολίγον τι
Επιστήμες

Βάζοντας “θερμόμετρο” στην σκοτεινή ύλη

Hubble image of MACS J0717 with mass overlay. This enormous image shows Hubble’s view of massive galaxy cluster MACS J0717.5+3745. The large field of view is a combination of 18 separate Hubble images.

Σκοτεινή ύλη: ένα από τα μυστήρια του σύμπαντος που δεν γνωρίζουμε πολλά ακόμα.

Οι Φυσικοί παρά τις προσπάθειές τους δεν έχουν καταφέρει να εντοπίσουν έστω ένα άτομο σκοτεινής ύλης. Πόσο μάλλον να προσδιορίσουν τις ιδιότητές του.

Η ύπαρξή της όμως είναι αισθητή, αφού το βαρυτικό της πεδίο φαίνεται να κρατάει τους γαλαξίες ενωμένους και να διαστρεβλώνει το φως μακρινών αντικειμένων.

Η στρέβλωση αυτή ονομάζεται βαρυτική εστίαση (gravitational lensing) και την χρησιμοποιούν ο Chris Fassnacht, καθηγητής Φυσικής του UC Davis, και οι συνεργάτες του για να ανακαλύψουν ποιες είναι οι ιδιότητες της σκοτεινής ύλης.

Το βασικό μοντέλο της σκοτεινής ύλης θεωρεί ότι είναι “ψυχρή” – όχι μόνο στην στάση της απέναντι μας – αλλά και σε θερμοκρασία. Όπως ανέφερε και ο Fassnacht, αυτό σημαίνει ότι τα σωματίδια κινούνται αρκετά πιο αργά σε σχέση με την ταχύτητα του φωτός. Η ιδιότητα αυτή σχετίζεται και με την μάζα των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης: όσο μικρότερη είναι η μάζα του σωματιδίου, τόσο πιο “θερμό” είναι και τόσο πιο γρήγορα θα κινείται.

Το “ψυχρό” μοντέλο της σκοτεινής ύλης ισχύει σε μεγαλύτερες κλίμακες αλλά δεν φαίνεται να είναι ακριβές στο μακροσκοπικό επίπεδο της παρατήρησης γαλαξιών.

Το γεγονός αυτό οδήγησε στην δημιουργία νέων “θερμών” μοντέλων της σκοτεινής ύλης, όπου τα σωματίδια της είναι ελαφρότερα και κινούνται πιο γρήγορα.

Η ιδέα της ύπαρξης “θερμών” σωματιδίων που κινούνται με ταχύτητες εφάμιλλες αυτής του φωτός έχει απορριφθεί καθώς κάτι τέτοιο δεν συμφωνεί με τις παρατηρήσεις που έχουν γίνει έως τώρα.

Σε αυτή την μελέτη προσπάθησαν, μέσω της μεθόδου της βαρυτικής εστίασης, να ορίσουν κάποιο άνω όριο για την θερμοκρασία των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης και επομένως για την μάζα τους.

Μέτρησαν την φωτεινότητα επτά απομακρυσμένων quasars για να παρατηρήσουν τυχόν αλλαγές που θα προκαλούσαν πιθανές εστίες σκοτεινής ύλης. Χρησιμοποίησαν αυτές τις μετρήσεις για να υπολογίσουν το μέγεθος αυτών των εστιών σκοτεινής ύλης.

Όπως ανέφερε ο Fassnacht, εάν τα σωματίδιά της σκοτεινής ύλης είναι ελαφρύτερα, θερμότερα και κινούνται πιο γρήγορα, τότε δεν θα είναι δυνατό να σχηματίσουν δομές από ένα συγκεκριμένο μέγεθος και κάτω.

“από ένα συγκεκριμένο μέγεθος και κάτω, θα καταρρεύσουν.”

Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ένα κατώτατο όριο της μάζας ενός πιθανού σωματιδίου σκοτεινής ύλης, αλλά δεν αποκλείουν και το ενδεχόμενο ύπαρξης ψυχρής σκοτεινής ύλης, όπως ανέφερε ο ίδιος.

Τα αποτελέσματα της ομάδας αντιπροσωπεύουν μία μεγάλη βελτίωση μιας παλιότερης ανάλυσης του 2002, και είναι συγκρίσιμα με τα αποτελέσματα μίας αντίστοιχης μελέτης μιας ομάδας του UCLA.

Ο Fassnacht ελπίζει ότι θα συνεχίσουν να προσθέτουν παρόμοια ουράνια αντικείμενα στην λίστα των παρατηρήσεων τους και έτσι να βελτιώσουν την στατιστική ακρίβεια των αποτελεσμάτων τους.

“θα χρειαστεί να παρατηρήσουμε 50 αντικείμενα περίπου ώστε να βρούμε ένα καλό περιορισμό σχετικά με το πόσο θερμή είναι η σκοτεινή ύλη”

Η μελέτη της ομάδας έχει δημοσιευθεί στην επιθεώρηση Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Εργάστηκαν και συνέγραψαν την μελέτη οι:

  • J-W Hsueh, Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Netherlands & Department of Physics, University of California, USA
  • C. D. Fassnacht, Department of Physics, University of California, USA
  • W. Enzi, S. Vegetti and G. Despali, Max Planck Institute for Astrophysics, Garching, Germany
  • M. W. Auger, Institute of Astronomy, University of Cambridge, U.K.
  • L. V. E. Koopmans, Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, The Netherlands
  • J. P. McKean, Netherlands Institute for Radio Astronomy

Πηγή

University of California – Davis. “Taking the temperature of dark matter.” ScienceDaily. ScienceDaily, 15 January 2020

Φωτογραφία: NASA, ESA, Harald Ebeling (University of Hawaii at Manoa) & Jean-Paul Kneib (LAM)

Μοιραστείτε το άρθρο

The following two tabs change content below.
agathan

agathan

Αποφοίτησα απο το τμήμα Εφαρμοσμένων Μαθηματικών του Πανεπιστημίου Κρήτης. Κάτα την διάρκεια εργάστηκα στην τεχνική υποστήριξη του τμήματος. Ακολούθησε το μεταπτυχιακό μου, Msc In Applied Mathematics at University Of Delaware. Ύστερα δούλεψα για μερικά χρόνια σαν web developer (CMS and what not) και SEO/Google Ads engineer.
Και τώρα είμαστε στο GeekD, μια λέξη που περιγράφει όλα τα παραπάνω.

"All we have to decide is what to do with the time that is given us."
-Gandalf The Grey, JRR Tolkien

Αφήστε ένα σχόλιο

Επιλογές της ομάδας
σκίτσο του Άλμπερτ Αϊνστάιν
Πώς τα μυστικά των πρώτων αριθμών κάνουν τον κόσμο μας ασφαλέστερο
Πώς ο Ερατοσθένης υπολόγισε την περιφέρεια της Γης πάνω από 2000 χρόνια πριν;
Τι θα γινόταν αν ο αυτισμός ήταν ... υπερδύναμη;
Εκπληκτικές φωτογραφίες του Cassini λίγο πριν τη συντριβή του στον Κρόνο