Ένα συνηθισμένο βράδυ αν σηκώσεις το βλέμμα σου στον ουρανό θα δεις περισσότερα ή λιγότερα αστέρια ανάλογα με την φωτορρύπανση και την φάση στην οποία βρίσκεται η Σελήνη. Αυτό που σίγουρα θα δεις όμως είναι ο σκοτεινός ουρανός ανάμεσα στα αστέρια, ο οποίος κυριαρχεί στον ουράνιο θόλο. Οι επιστήμονες ονομάζουν αυτό το… μαύρο που κυριαρχεί στο σύμπαν «σκοτεινή ύλη», ωστόσο κανείς μέχρι τώρα δεν έχει «δει» αυτή την ύλη και δεν ξέρει από τι αποτελείται, ούτε καν αν όντως υπάρχει. Τώρα, επιστήμονες από όλον τον κόσμο κάνουν μια τελευταία προσπάθεια για να ανακαλύψουν τι κρύβει αυτή η σκοτεινή ύλη.
Η μυστηριώδης
Σκοτεινή Ύλη
Κρυμμένοι κάτω από το έδαφος σε υπόγεια εργαστήρια στις ΗΠΑ
και την Ιταλία στα βάθη εγκαταλειμμένων ορυχείων, οι αστρονόμοι προσπαθούν να
εντοπίσουν έναν από τους πιο δύσκολους στόχους της σύγχρονης αστρονομίας: την
σκοτεινή ύλη. Οι επιστήμονες σε αυτά τα εργαστήρια έχουν γεμίσει τεράστιες
δεξαμενές με το χημικό στοιχείο ξένο- ένα σπάνιο και πανάκριβο στοιχείο- και τις
έχουν συνδέσει με πολύ ευαίσθητους αισθητήρες με την ελπίδα να εντοπίσουν
υποατομικές συγκρούσεις, οι οποίες θα μπορούσαν να αποκαλύψουν την παρουσία της
σκοτεινής ύλης.
Ωστόσο, οι επιστήμονες αναγνωρίζουν ότι η παρούσα γενιά των
αισθητήρων ωθούνται στα όρια της αποτελεσματικότητάς τους και προειδοποιούν ότι
αν αποτύχουν να εντοπίσουν σκοτεινή ύλη με αυτού του είδους τα μηχανήματα ίσως
θα αναγκαστούν να επαναπροσδιορίσουν από την αρχή τον τρόπο με τον οποίο
αντιλαμβανόμαστε το σύμπαν.
«Η Σκοτεινή Ύλη αποτελεί περίπου το 85% της συνολικής μάζας
του σύμπαντος, ωστόσο δεν έχουν καταφέρει να την εντοπίσουμε μέχρι σήμερα παρά
το γεγονός ότι δημιουργούμε συνεχώς όλο και πιο ισχυρούς και ευαίσθητους
αισθητήρες», αναφέρει ο καθηγητής της Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Λονδίνου,
Τσαμκάουρ Γκαγκ, στον δημοσιογράφο του Guardian, Ρόμπιν ΜακΚι. «Τώρα πλησιάζουμε στα όρια που έχουν οι αισθητήρες μας και αν
δεν εντοπίσουν την σκοτεινή ύλη τα επόμενα χρόνια, θα πρέπει να αποδεχθούμε ότι
κάτι πάει πολύ λάθος με τον τρόπο με τον οποίο σκεφτόμαστε σχετικά με το σύμπαν
και την βαρύτητα», συμπληρώνει.
Το κυνήγι για την σκοτεινή ύλη ξεκίνησε ήδη από τον
προηγούμενο αιώνα, όταν οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ότι οι γαλαξίες φαίνεται να
περιστρέφονται πολύ γρήγορα. Σύμφωνα με τις παρατηρήσεις, οι γαλαξίες θα πρέπει
να έχουν μάζα δέκα φορές μεγαλύτερη από αυτή που είναι ορατή – αστέρια,
πλανήτες και νεφελώματα- διαφορετικά θα αυτοδιαλύονταν κατά τη διάρκεια αυτής της
γρήγορης περιστροφής. Η ορατή τους μάζα δεν δικαιολογούσε το πώς μπορούσαν να διατηρούν
με την βαρυτική τους έλξη την συνοχή τους άθικτη.
Ο πρώτος που εντόπισε αυτό το πρόβλημα ήταν ο Ελβετός Φριτζ
Τσουίκι τη δεκαετία του ‘30 μελετώντας την μάζα του γαλαξιακού σμήνους Κόμη.
Θεώρησε ότι η αναντιστοιχία αυτή μπορεί να ερμηνευθεί με δύο τρόπους: είτε να
υποθέσουμε ότι το σμήνος Κόμη εμπεριέχει περισσότερη ύλη απ’ αυτήν που μπορούμε
να δούμε, είτε να υποθέσουμε ότι ο γνώσεις μας για την βαρύτητα είναι ελλιπείς.
Ο Τσουίκι κατέληξε στην πρώτη θεωρία υποστηρίζοντας ότι το σμήνος αυτό
εμπεριέχει και τεράστιες ποσότητες μίας άγνωστης μορφής ύλης. Η πλεονάζουσα
αυτή ύλη, δεδομένου ότι δεν αλληλεπιδρά με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και
έτσι δεν μπορεί να ανιχνευθεί με την βοήθεια των τηλεσκοπίων, ονομάστηκε
«σκοτεινή ύλη».
Οι αστρονόμοι αρχικά θεώρησαν ότι η ύλη αυτή αποτελούνταν
από τόσο μικρά αστέρια που δεν μπορούσαν να παρατηρηθούν από τη Γη ή από
αστέρες νετρονίων (αυτό που μένει μετά την κατάρρευση ενός αστεριού). Ωστόσο,
οι νέες γενιές εξελιγμένων τηλεσκοπίων έδειξαν ότι δεν υπάρχουν αποδείξεις για
να στηρίξουν αυτή τη θεωρία.
Έτσι, οι αστρονόμοι άρχισαν να αναπτύσσουν νέες θεωρίες. Υποστήριξαν
ότι ένας τεράστιος αριθμός μικροσωματιδίων που δεν μπορούν να εντοπιστούν
σχηματίζουν αόρατη άλω γύρω από τους γαλαξίες και ενισχύουν τα βαρυτικά τους πεδία.
Αυτά τα υποθετικά σωματίδια ονομάστηκαν WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles
- Αδύναμα Αλληλεπιδρούμενα Ογκώδη Σωματίδια) και επί δύο δεκαετίες οι
επιστήμονες προσπαθούν να τα εντοπίσουν μανιωδώς.
Αυτές οι προσπάθειες περιλαμβάνουν και την κατασκευή
αισθητήρων βαθιά κάτω από τη Γη, ώστε να είναι προστατευμένοι από τα υποατομικά
σωματίδια. Αυτά ενεργοποιούνται από τις κοσμικές ακτίνες, οι οποίες χτυπούν την
ανώτερη στοιβάδα της ατμόσφαιρας και πέφτουν συνεχώς προς τη Γη. Έτσι, θα
μπορούσαν να δώσουν ψευδώς θετικά σήματα στα όργανα των αισθήτηρων και γι’ αυτό
το λόγο αυτοί «θάβονται» κάτω από τη Γη.
«Αυτό που περιμένουμε είναι ότι ένα WIMP θα χτυπήσει έναν
νουκλεϊκό πυρήνα και η λάμψη που θα προκληθεί θα εντοπιστεί από τον αισθητήρα
αποκαλύπτοντας έτσι την παρουσία τους και κατ’ επέκταση την ύπαρξη της σκοτεινής
ύλης. Παρόλο που προσπαθούμε να το πετύχουμε αυτό πολλά χρόνια, δεν έχουμε
εντοπίσει καμία τέτοια λάμψη. Χρειαζόμαστε μεγαλύτερη ευαισθησία», λέει ο
Γκαγκ.
Οι νέοι αισθητήρες
Τώρα οι ερευνητές έχουν εναποθέσει τις ελπίδες τους στους δύο
πιο ευαίσθητους κυνηγούς WIMP που έχουν κατασκευαστεί ποτέ. Ο ένας βρίσκεται
κάτω από τα βουνά Γκραν Σάσο της Ιταλίας και είναι γνωστός ως XENONnT. Ο άλλος με
το όνομα Lux-Zeplin βρίσκεται σε ένα παλιό χρυσορυχείο στη Νότια Ντακότα των
ΗΠΑ. Και οι δύο συσκευές είναι γεμάτες με τόνους ξένου, πολύ περισσότερο από
όσο έχει τοποθετηθεί ποτέ στους προηγούμενους αισθητήρες. Αυτό αυξάνει τις πιθανότητες
εντοπισμού της σύγκρουσης ενός πυρήνα με WIMP, εφόσον κάτι τέτοιο συμβεί.
Ο Γκαγκ, ο οποίος είναι μέλος της ομάδας του Lux-Zeplin,
αναφέρει: «Και οι δύο συσκευές αυτή τη στιγμή υποβάλλονται σε τεστ ελέγχου
λειτουργίας και σε μερικούς μήνες αυτές οι δοκιμές θα έχουν ολοκληρωθεί. Μπορεί
να εντοπίσουμε σκοτεινή ύλη κατά τη διάρκεια αυτών των δοκιμών κι αυτά θα είναι
πολύ καλά νέα. Αν όχι και οι δύο συσκευές θα λειτουργούν χωρίς διακοπές για
αρκετά χρόνια. Ουσιαστικά όσο πιο πολύ ξένο βάζουμε στους αισθητήρες μας και όσο
περισσότερο λειτουργούν τόσο περισσότερο αυξάνουμε τις πιθανότητες να
εντοπίσουμε μια τέτοια σύγκρουση που θα αποκαλύψει την ύπαρξη σκοτεινής ύλης».
Ωστόσο, πολλοί έχουν αποδεχθεί ακόμα και τώρα ότι μια τέτοια
σύγκρουση είναι πολύ απίθανο να καταγραφεί κι έτσι η σκοτεινή ύλη θα μείνει για
πάντα κάτι αδιερεύνητο. «Η θεωρία περί WIMP θα έρθει αντιμέτωπη με κριτική αφού
αυτοί οι αισθητήρες νέας γενιάς αρχίσουν να λειτουργούν», αναφέρει στο
περιοδικό Science η Μαριάντζελα Λισάντι, μια φυσικός του Πανεπιστημίου Πρίνστον
στο Νιου Τζέρσεϊ.
Αν τα Lux-Zeplin και
XENONnT δεν καταφέρουν
να καταγράψουν αυτές τις συγκρούσεις, οι δύο ομάδες των επιστημόνων θα έχουν
μόνο μια τελευταία πιθανότητα με την παρούσα τεχνολογία για να εντοπίσουν τα WIMP.
Θα πρέπει να ενώσουν τις δυνάμεις τους ώστε να δημιουργήσουν έναν τελικό
σούπερ-ευαίσθητο αισθητήρα που θα περιέχει δεκάδες τόνους ξένου. Αν κι αυτή η
τελική προσπάθεια αποτύχει, οι επιστήμονες θα βρεθούν σε αδιέξοδο. Ύστερα από
αυτό δεν υπάρχει η δυνατότητα να κατασκευαστεί πιο ευαίσθητος αισθητήρας καθώς
τότε θα υπήρχε έντονος ο φόβος να ανιχνεύεται ως σύγκρουση ένας άλλος τύπος
υποατομικών σωματιδίων, τα νετρίνια, τα οποία πέφτουν στη Γη κατά τρισεκατομμύρια
κάθε δευτερόλεπτο. Έτσι, οι επιστήμονες θα πρέπει να βρουν άλλους τρόπους για
να ανιχνεύσουν την σκοτεινή ύλη.
«Η σκοτεινή ύλη μπορεί να είναι ακόμα πιο περίεργη από αυτό
που υποθέτουμε ως τώρα. Θα μπορούσε να αποτελείται από μικρές μαύρες τρύπες. Ή θα
μπορούσε να αποτελείται από στοιχεία που είναι εκατομμύρια φορές πιο ελαφρά από
ένα WIMP και ο εντοπισμός τους είναι ουσιαστικά πολύ δύσκολος. Έτσι, θα πρέπει
να είμαστε πολύ πιο εφευρετικοί στην δημιουργία μεθόδων για τον εντοπισμό τους».
Πολύ εύκολα θα μπορούσε κάποιος να σκεφτεί ότι μοιάζει
περιττή η προσπάθεια να ανακαλύψει κανείς έναν τύπο ύλης, ο οποίος ουσιαστικά
δεν μπορεί να αλληλεπιδράσει καν με την κανονική ύλη. Ωστόσο, αν δεν υπήρχε η
καθοριστική βαρυτική επίδραση που θεωρούμε ότι έχει η σκοτεινή ύλη, τότε οι
γαλαξίες, τα αστέρια και οι πλανήτες δεν θα μπορούσαν να ενωθούν από την αρχή
ήδη της δημιουργίας του σύμπαντος και η ζωή όπως την ξέρουμε δεν θα μπορούσε να
εξελιχθεί. Ουσιαστικά η απόδειξη ότι η σκοτεινή ύλη όντως υπάρχει θα έδινε πολλές
εξηγήσεις ακόμα και για το πώς δημιουργήθηκε όλο το σύμπαν μετά το Big Bang. Γι’ αυτό και η σκοτεινή
ύλη αποτελεί σήμερα έναν από τους βασικότερους γρίφους της σύγχρονης
κοσμολογίας που πρέπει να λυθεί.