Το Σύμπαν κυριαρχείται από μυστηριώδεις και αόρατες μορφές ύλης και ενέργειας οι οποίες δεν έχουν ακόμη πλήρως (ή έστω επαρκώς) κατανοηθεί.
Από τον Eric Betz
Στο φάσμα ακτίνων Χ: NASA / CXC / CfA / Μ. Markevitch et al. Στο οπτικό φάσμα: NASA / STScI; Magellan / U.Arizona / D.Clowe et al. Εστιακός Χάρτης: NASA / STScI; ESO WFI; Magellan / U.Arizona / D.Clowe et al.
Το μεγαλύτερο μέρος του σύμπαντος είναι κρυμμένο σε κοινή θέα. Αν και δεν μπορούμε να το δούμε ή να το αγγίξουμε, οι περισσότεροι αστρονόμοι λένε ότι η πλειοψηφία του σύμπαντος αποτελείται από σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια. Αλλά τι είναι αυτό το μυστηριώδες, αόρατο υλικό που μας περιβάλλει; Και ποια είναι η διαφορά ανάμεσα στη σκοτεινή ενέργεια και τη σκοτεινή ύλη; Εν ολίγοις, η σκοτεινή ύλη επιβραδύνει την διαστολή του σύμπαντος, ενώ η σκοτεινή ενέργεια την επιταχύνει.
Η σκοτεινή ύλη λειτουργεί σαν μια ελκτική δύναμη - ένα είδος κοσμικού τσιμέντου το οποίο συγκρατεί το σύμπαν. Αυτό συμβαίνει επειδή η σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά με τη βαρύτητα, αλλά δεν αντανακλά, απορροφά ή εκπέμπει φως. Εν τω μεταξύ, η σκοτεινή ενέργεια είναι μια απωστική δύναμη - ένα είδος αντιβαρύτητας - η οποία οδηγεί στην ολοένα επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος.
Η σκοτεινή ενέργεια είναι η περισσότερο κυρίαρχη δύναμη από τις δύο, η οποία αντιπροσωπεύει περίπου το 68 τοις εκατό της συνολικής μάζας και ενέργειας του σύμπαντος. Η σκοτεινή ύλη αποτελεί το 27%. Και τα υπόλοιπα - ένα μέτριο 5 τοις εκατό - είναι όλα, η κανονική ύλη την οποία βλέπουμε και με την οποία αλληλεπιδρούμε κάθε μέρα.
Η σκοτεινή ύλη δεν μπορεί να φωτογραφηθεί, αλλά οι ερευνητές μπορούν να την ανιχνεύσουν και να τις χαρτογραφήσουν μετρώντας την με την μέθοδο του βαρυτικού φακού. Η κατανομή της εμφανίζεται εδώ στην μπλε επικάλυψη της εσωτερικής περιοχής του Abell 1689, ενός σμήνους γαλαξιών που απέχουν 2,2 δις έτη φωτός.
Εικόνα: NASA / ESA / JPL-Caltech / Yale / CNRS
Σκοτεινή ύλη
Στη δεκαετία του 1930, ο αστρονόμος Fritz Zwicky, ο οποίος γεννήθηκε στην Ελβετία, μελετώντας εικόνες περίπου 1.000 γαλαξιών οι οποίοι αποτελούν το σμήνος γαλαξιών της Κόμης (Coma Cluster), παρατήρησε κάτι αστείο σχετικά με τη συμπεριφορά τους. Οι γαλαξίες κινήθηκαν τόσο γρήγορα ώστε απλά θα έπρεπε να διασκορπιστούν. Υπολόγισε ότι κάποιο είδος "σκοτεινής ύλης" τα συγκρατούσε σε συνοχή.
Δεκαετίες αργότερα, οι αστρονόμοι Vera Rubin και Kent Ford ανακάλυψαν ένα παρόμοιο φαινόμενο όταν μελετούσαν τα ποσοστά περιστροφής των μεμονωμένων γαλαξιών. Τα αστέρια στην εξωτερική άκρη του γαλαξία πρέπει να περιστρέφονταν πιο αργά από τα αστέρια τα οποία βρίσκονταν κοντά στο κέντρο. Με αυτό τον τρόπο περιφέρονται οι πλανήτες του Ηλιακού μας συστήματος γύρω από τον Ήλιο. Αντί αυτού, παρατήρησαν ότι τα αστέρια στα περίχωρα ενός γαλαξία περιφέρονταν εξίσου γρήγορα - ή και γρηγορότερα - από ό,τι τα αστέρια τα οποία βρίσκονταν κοντά στο κέντρο. Ο Rubin και η Ford βρήκαν περισσότερες αποδείξεις ότι κάποια αόρατη μορφή ύλης κρατάει προφανώς το σύμπαν σε συνοχή.
"Ακόμα και τα αστέρια στην περιφέρεια περιφέρονται σε υψηλές ταχύτητες", εξήγησε κάποτε η Rubin σε συνέντευξή της στο περιοδικό Discover. "Πρέπει να υπάρχει πολλή μάζα για να αναγκάσει τα αστέρια αυτά να κινούνται τόσο γρήγορα, αλλά δεν μπορούμε να την δούμε. Ονομάζουμε αυτή την αόρατη μάζα "σκοτεινή ύλη".
Οι αστρονόμοι έχουν τώρα πολλές άλλες ενδείξεις οι οποίες υποδηλώνουν ότι η σκοτεινή ύλη είναι πραγματική. Στην πραγματικότητα, η ύπαρξη της σκοτεινής ύλης είναι τόσο ευρέως αποδεκτή ώστε είναι μέρος του λεγόμενου καθιερωμένου πρότυπου της κοσμολογίας, το οποίο αποτελεί τη βάση για το πώς οι επιστήμονες κατανοούν τη γέννηση και την εξέλιξη του σύμπαντος. Χωρίς αυτό, δεν μπορούμε να εξηγήσουμε πώς φτάσαμε εδώ.
Αλλά αυτή η ευημερούσα κατάσταση ασκεί πίεση στους κοσμολόγους έτσι ώστε να βρουν μια οριστική απόδειξη ότι υπάρχει σκοτεινή ύλη και ότι το μοντέλο τους για το σύμπαν είναι σωστό. Για δεκαετίες, οι φυσικοί σε όλο τον κόσμο έχουν χρησιμοποιήσει όργανα ολοένα και πιο υψηλής τεχνολογίας για να προσπαθήσουν να ανιχνεύσουν τη σκοτεινή ύλη. Μέχρι στιγμής, δεν έχουν βρει κανένα ίχνος της.
Μια ευρεία εικόνα του τοπικού μας σύμπαντος, το οποίο εκτείνεται σε εκατοντάδες εκατομμύρια έτη φωτός, αποκαλύπτει τη συσσωρευμένη "δικτυακή δομή" του Σύμπαντος, αποτελούμενη από νημάτια γαλαξιών και απέραντα κενά. Ο Γαλαξίας είναι μόνο ένα από τα πολλά σημεία που αποτελούν το λεγόμενο Υπερσμήνος της Παρθένου. Αντί για απλώς κενούς, και παθητικούς χώρους, τα κενά αυτά μπορεί να περιέχουν ενδείξεις για την κατανόηση της σκοτεινής ύλης, της σκοτεινής ενέργειας και της γαλαξιακής εξέλιξης.
Εικόνα: Andrew Z. Colvin
Σκοτεινή ενέργεια
Οι αστρονόμοι γνωρίζουν ότι το σύμπαν μας διαστέλλεται για περίπου έναν αιώνα τώρα. Παρατηρήσεις με τηλεσκόπια έδειξαν ότι οι περισσότεροι γαλαξίες απομακρύνονται ο ένας από τον άλλο, γεγονός που υποδηλώνει ότι οι γαλαξίες ήταν πιο κοντά στο μακρινό παρελθόν. Ως αποτέλεσμα, τα στοιχεία συσσωρεύτηκαν για την Μεγάλη Έκρηξη. Ωστόσο, οι αστρονόμοι υπέθεσαν ότι η συνδυασμένη βαρυτική έλξη όλων των αστεριών και των γαλαξιών του σύμπαντος θα πρέπει να επιβραδύνει την διαστολή του σύμπαντος. Ίσως θα καταρρεύσει κάποια μέρα στον εαυτό του σε μια κατάσταση η οποία ονομάζεται Μεγάλη Σύνθλιψη (Big Crunch).
Όμως, αυτή η έννοια απορρίφθηκε στα τέλη της δεκαετίας του 1990, όταν δύο ομάδες αστρονόμων παρατήρησαν κάτι που δεν είχε νόημα. Οι ερευνητές που μελετούν Υπερκαινοφανείς (σουπερνόβα) στους πιο μακρινούς γαλαξίες ανακάλυψαν ότι οι μακρινοί γαλαξίες απομακρύνονταν από μας γρηγορότερα από τους κοντινούς γαλαξίες. Το Σύμπαν δεν διαστέλλονταν μόνο, αλλά η διαστολή αυτή ήταν και επιταχυνόμενη.
"Η δική μου αντίδραση είναι κάπου μεταξύ έκπληξης και φρίκης", δήλωσε ο αστρονόμος Brian Schmidt, ο οποίος ήταν επικεφαλής σε μία από τις δύο ομάδες, το 1998 στην εφημερίδα "The New York Times". "Έκπληξη, γιατί απλά δεν περίμενα αυτό το αποτέλεσμα και φρίκη με το να γνωρίζω ότι πιθανότατα θα ήταν κάτι το απίστευτο από την πλειονότητα των αστρονόμων - οι οποίοι, όπως και εγώ, είναι εξαιρετικά σκεπτικοί για το απροσδόκητο ".
Το γραφικό αυτό απεικονίζει τον τρόπο με τον οποίο το σύμπαν διαστέλλεται με την πάροδο του χρόνου.
Εικόνα-Astronomy: Roen Kelly
Αλλά αντί οι επακόλουθες παρατηρήσεις να το διαψεύδουν, κατέστησαν τις ενδείξεις για τη σκοτεινή ενέργεια ακόμα πιο ισχυρές. Στην πραγματικότητα, ορισμένοι εξέχοντες επικριτές της σκοτεινής ύλης εξακολουθούν να αποδέχονται την ύπαρξη της σκοτεινής ενέργειας.
Τώρα, αυτό δεν σημαίνει ότι οι ερευνητές ξέρουν τι είναι η σκοτεινή ενέργεια. Βρισκόμαστε πολύ μακριά από κάτι τέτοιο. Όμως, μπορούν να περιγράψουν το ρόλο της στο σύμπαν, χάρη στη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Albert Einstein. Ο Einstein δεν γνώριζε για τη σκοτεινή ενέργεια, αλλά οι εξισώσεις του έδειχναν ότι μπορεί να υπάρξει ένας νέος χώρος. Περιλάμβανε επίσης έναν συντελεστή αβεβαιότητας (fudge factor) στη σχετικότητα η οποία ονομάζεται Κοσμολογική Σταθερά, την οποία πρόσθεσε - όπου αργότερα εξέφρασε τη λύπη του γι αυτό - έτσι ώστε να διατηρήσει το Σύμπαν σε συνοχή και να μην καταρρεύσει προς το εσωτερικό του. Αυτή η ιδέα επιτρέπει στον ίδιο τον χώρο να έχει ενέργεια. Ωστόσο, οι επιστήμονες στην πραγματικότητα δεν έχουν δει ποτέ αυτήν την δύναμη στη Γη.
Μερικοί θεωρητικοί φυσικοί πιστεύουν ότι υπάρχει ένα ολόκληρο σκοτεινό βασίλειο σωματιδίων και δυνάμεων εκεί έξω, το οποίο περιμένει να ανακαλυφθεί. Όποια και αν είναι η σκοτεινή ενέργεια και η σκοτεινή ύλη, φαίνονται να παίζουν διελκυστίνδα με το σύμπαν - όπου τα δύο αυτά στοιχεία, και το κρατούν σε συνοχή και το διαμελίζουν.
Πηγή:astronomy.com