Οι φυσικοί ψάχνουν σημάδια ενός δεύτερου «σκοτεινού» Big Bang για να λύσουν ένα μεγάλο μυστήριο
Η σκοτεινή ύλη στο Σύμπαν μπορεί να είναι τόσο μυστηριώδης, επειδή έχει εντελώς διαφορετική προέλευση από τον υπόλοιπο κόσμο, σύμφωνα με νέα θεωρία.
Οι επιστήμονες υποστηρίζουν ότι η σκοτεινή ύλη, ένα άγνωστο κοσμικό υλικό που θεωρείται ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια στην επιστήμη, σφυρηλατήθηκε σε μια δεύτερη «Σκοτεινή Μεγάλη Έκρηξη» (Dark Big Bang) που συνέβη μέσα σε ένα μήνα από τη γέννηση του Σύμπαντός μας, σύμφωνα με πρόσφατη μελέτη.
Αυτή η τρελή νέα «εναλλακτική κοσμολογία» θα μπορούσε να εξηγήσει μερικούς από τους πιο περίπλοκους γρίφους σχετικά με τη σκοτεινή ύλη, η οποία είναι περίπου πέντε φορές περισσότερη από την κανονική ορατή ύλη που αποτελείται από αστέρια και πλανήτες, αλλά εξακολουθεί να μην είναι άμεσα ανιχνεύσιμη.
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η σκοτεινή ύλη υπάρχει επειδή μπορούμε να δούμε τα βαρυτικά της αποτελέσματα στην κανονική ύλη. Για παράδειγμα, οι γαλαξίες συγκρατούνται από πυκνές συστάδες σκοτεινής ύλης που ονομάζονται φωτοστέφανα. Όμως, αν και η φασματική επιρροή του μπορεί να παρατηρηθεί έμμεσα, οι προσπάθειες να συλλάβουμε και να αποτυπώσουμε ένα σωματίδιο σκοτεινής ύλης εδώ στη Γη αποτυγχάνουν σταθερά, υποδηλώνοντας ότι αυτό το υλικό υπάρχει σε κάποια επικράτεια σκιάς που έχει μόνο ελάχιστη βαρυτική σύνδεση με το δικό μας ορατό Σύμπαν.
Η Katherine Freese και ο Martin Wolfgang Winkler, δύο φυσικοί στο Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Όστιν, υποστηρίζουν τώρα ότι η σκοτεινή ύλη είναι τόσο παράξενη, επειδή γεννήθηκε τελείως διαφορετικά από το υπόλοιπο Σύμπαν.
Το υπάρχον μοντέλο μας για το σύμπαν υποθέτει ότι τόσο η κανονική, όσο και η σκοτεινή ύλη, γεννήθηκαν στη Μεγάλη Έκρηξη, μια ξαφνική στιγμή ακραίου πληθωρισμού που θεωρείται ότι είναι η εκκίνηση του σύμπαντος. Οι Freese και Winkler ανατρέπουν αυτή την ιδέα, υποστηρίζοντας ότι η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να σχηματιστεί σε μια δεύτερη «Σκοτεινή Μεγάλη Έκρηξη» (Dark Big Bang) που συνέβη μέσα σε ένα μήνα από την πρώτη Μεγάλη Έκρηξη. Επιπλέον, λένε ότι το μοντέλο τους θα μπορούσε να παράγει μια σειρά από «συναρπαστικές πειραματικές υπογραφές» που θα ήταν ανιχνεύσιμες σε υπάρχοντα και μελλοντικά όργανα, υπονοώντας ότι «μια άμεση δοκιμή της προέλευσης της σκοτεινής ύλης από το Dark Big Bang θα μπορούσε να γίνει εφικτή», σύμφωνα με πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύτηκε στον server προεκτύπωσης ArXiv.
«Σύμφωνα με το κοσμολογικό πρότυπο, το πολύ πρώιμο σύμπαν πέρασε μια εποχή πληθωρισμού - μια ταχεία διαστολή του διαστήματος που προκλήθηκε από την ενέργεια του κενού», λένε οι Freese και Winkler στη μελέτη τους, η οποία δεν έχει ακόμη αξιολογηθεί από ομοτίμους. «Η προέλευση της ύλης και της ακτινοβολίας βρίσκεται στο Hot Big Bang, το οποίο βάζει τέλος τον πληθωρισμό και απελευθερώνει την ενέργεια του κενού σε ένα ζεστό πλάσμα σωματιδίων. Το τελευταίο περιέχει τα φωτόνια, τα λεπτόνια και τα κουάρκ του ορατού Σύμπαντός μας και, στην τυπική εικόνα του, τη σκοτεινή ύλη».
«Ωστόσο, δεν υπάρχει πραγματικός λόγος να έχει κοινή προέλευση η ορατή και η σκοτεινή ύλη πέρα από την απλότητα», συνέχισε η ομάδα. «Επιπλέον, παρά τις υπερβολικές πειραματικές αναζητήσεις επί δεκαετίες, δεν έχουν εντοπιστεί άμεσες μη βαρυτικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ της ορατής και της σκοτεινής ύλης. Υπό αυτό το πρίσμα, θα παρουσιάσουμε ένα εναλλακτικό κοσμολογικό σενάριο στο οποίο ο ορατός και ο σκοτεινός τομέας (ύλης) αποσυνδέονται πλήρως (πλην μέσω της βαρύτητας). Το Hot Big Bang προκαλεί μόνο ορατή ακτινοβολία και ύλη, αλλά καθόλου σκοτεινή ύλη».
Είναι μια περίπλοκη νέα ερμηνεία της κοσμικής μας προέλευσης, αλλά οι ερευνητές λένε ότι η ιδέα μιας Σκοτεινής Μεγάλης Έκρηξης δεν φαίνεται να αντιβαίνει τους περιορισμούς που σχετίζονται με τα μοντέλα σχηματισμού πρώιμων κοσμικών δομών, δεδομένου ότι η σκοτεινή ύλη αναδύθηκε μέσα σε λίγες εβδομάδες από τη γέννηση του σύμπαντος.
Υπάρχουν πολλά πιθανά σενάρια που μπορεί να οδήγησαν σε αυτές τις εκρήξεις στην αρχή του χρόνου, αλλά οι Freese και Winkler επικεντρώνονται σε αυτό που είναι γνωστό ως μια μετάβαση φάσης πρώτης τάξης που οδήγησε στη δημιουργία της σκοτεινής ύλης. Ουσιαστικά, εκτός από την παραγωγή των σπόρων της κανονικής ύλης, το αρχικό Big Bang δημιούργησε ένα σκοτεινό κβαντικό πεδίο που δεν διασπάστηκε αμέσως. Καθώς περνούσαν οι πρώτες μέρες του σύμπαντος, η κανονική ύλη ψύχθηκε σε άτομα, μια διαδικασία γνωστή ως πυρηνοσύνθεση του Big Bang (BBN). Κάποια στιγμή, γύρω από το σημείο του BBN, το σκοτεινό κβαντικό πεδίο τελικά αποσυντέθηκε και μεταμορφώθηκε, πυροδοτώντας τη σκοτεινή Μεγάλη Έκρηξη που δημιούργησε τη σκοτεινή ύλη.
Μία από τις πιο συναρπαστικές συνέπειες ενός Dark Big Bang είναι ότι θα άφηνε ίχνη που θα μπορούσαν ενδεχομένως να ανιχνευθούν με τα σύγχρονα όργανα. Για παράδειγμα, ένα γεγονός τέτοιας κλίμακας θα παρήγαγε πιθανώς βαρυτικά κύματα, τα οποία είναι κυματισμοί στο χωροχρόνο, που θα μπορούσαν να παρατηρηθούν σε παρατηρήσεις υπέρ-πυκνών αστέρων γνωστών ως πάλσαρ. Μάλιστα, οι Freese και Winkler υποστηρίζουν ότι ένα πρότζεκτ γνωστό ως International Pulsar Timing Array (IPTA) μπορεί να έχει ήδη εντοπίσει πιθανά στοιχεία για ένα Dark Big Bang.
«Η μετάβαση φάσης του Dark Big Bang παράγει ισχυρή βαρυτική ακτινοβολία», λέει η ομάδα στη μελέτη της. «Διερευνήσαμε την ευαισθησία των εν εξελίξει και επερχόμενων πειραμάτων συστοιχίας χρονισμού πάλσαρ προς το σήμα βαρυτικών κυμάτων από τη Σκοτεινή Μεγάλη Έκρηξη. Διαπιστώσαμε ότι ήδη η τρέχουσα εκτέλεση IPTA (η οποία συνδυάζει πολλά μεμονωμένα πειράματα PTA) έχει συναρπαστικές δυνατότητες ανακάλυψης για Dark Big Bangs που συμβαίνουν γύρω ή μετά το BBN».
«Είναι ενδιαφέρον ότι ένα αβέβαιο σήμα βαρυτικού κύματος από το πείραμα NANOGrav (που περιλαμβάνεται στο δίκτυο IPTA), θα μπορούσε ήδη να ερμηνευτεί ως το πρώτο σημάδι της Σκοτεινής Μεγάλης Έκρηξης», προσθέτουν οι ερευνητές.
Μελλοντικά όργανα, όπως η τεράστια Συστοιχία Τετραγωνικών Χιλιόμετρων, θα μπορούσαν να δώσουν ακόμη μεγαλύτερη ευαισθησία στην αναζήτηση σημείων της προέλευσης της σκοτεινής ύλης. Τώρα είναι δύσκολο να προβλεφθεί αν αυτή η ασυνήθιστη εξήγηση για τη σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να υποστηριχθεί με στοιχεία, αλλά η νέα μελέτη αποτελεί έναν δελεαστικό χάρτη για την αναζήτηση της απάντησης σε ένα από τα πιο δυσεπίλυτα αινίγματα της επιστήμης.
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου