Έχουν περάσει δεκαετίες από τότε που ανακαλύφθηκαν οι πρώτες ενδείξεις για μία παράξενη μορφή ύλης που υπάρχει παντού και όμως είναι αόρατη: τη σκοτεινή ύλη. Οι πρώτες απ’ αυτές προέκυψαν στη διάρκεια της δεκαετίας του ‘30, όταν ο αστρονόμος Fritz Zwicky διαπίστωσε ότι οι ταχύτητες των γαλαξιών που απαρτίζουν το γαλαξιακό σμήνος Κόμη είναι ασύμβατες με τη Νευτώνεια φυσική, εκτός και εάν εμπεριέχουν περισσότερη ύλη απ’ αυτήν που αντιστοιχεί στην ορατή τους ύλη. Στο ίδιο συμπέρασμα κατέληξε περίπου 40 χρόνια αργότερα η αστρονόμος Vera Rubin, διαπιστώνοντας ότι οι ταχύτητες των άστρων που κινούνται σε μεγάλες αποστάσεις από τους γαλαξιακούς πυρήνες είναι τόσο υψηλές που, χωρίς τη βαρυτική έλξη της σκοτεινής ύλης, θα έπρεπε να είχαν εκτιναχθεί στο Διάστημα.

Ο Ελβετός Zwicky χρησιμοποίησε τις ταχύτητες των επί μέρους γαλαξιών του σμήνους που μέτρησε ο ίδιος, τη διάμετρο του σμήνους, καθώς και την απλή Νευτώνεια φυσική. Υπολόγισε τη συνολική μάζα που θα έπρεπε να έχει το σμήνος, ώστε οι γαλαξίες που το απαρτίζουν να κινούνται με τις ταχύτητες που είχε μετρήσει. Στη συνέχεια, προκειμένου να επιβεβαιώσει το αποτέλεσμά του, υπολόγισε τη συνολική μάζα του σμήνους σε συνάρτηση με τη φωτεινότητα των γαλαξιών του.

Το αποτέλεσμα ήταν παράδοξο καθώς η μάζα που αντιστοιχούσε στη «φωτεινή» ύλη του σμήνους ήταν κατά πολύ μικρότερη από αυτή που απαιτούνταν προκειμένου να δικαιολογηθούν οι ταχύτητες των γαλαξιών του. Και έτσι το εκπληκτικό συμπέρασμα στο οποίο κατέληξε ήταν ότι το σμήνος γαλαξιών της Κόμης θα πρέπει να εμπεριέχει και τεράστιες ποσότητες ενός άγνωστου είδους ύλης, γιατί διαφορετικά οι μεγάλες ταχύτητες των γαλαξιών που το απαρτίζουν θα το είχαν «διαμελίσει». Η ύλη αυτή, επειδή δεν εκπέμπει κάποιου είδους ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που θα επέτρεπε την ανίχνευσή της, ονομάστηκε «σκοτεινή ύλη». Αυτό συμβαίνει διότι δεν αλληλεπιδρά με την ακτινοβολία και κατά συνέπεια είναι αόρατη. Το μεγαλύτερο μέρος της ύλης που εμπεριέχουν οι γαλαξίες δεν αντιστοιχεί στα άστρα και στα αέρια νέφη τους.

Η Αμερικανίδα αστρονόμος Vera Rubin κατέληξε στο ίδιο συμπέρασμα τη δεκαετία του ‘70. Επειδή η κεντρική περιοχή ενός σπειροειδούς γαλαξία εμπεριέχει και τη μεγαλύτερη συσσώρευση ορατών άστρων, οι περισσότεροι αστρονόμοι της εποχής πίστευαν ότι το μεγαλύτερο μέρος της μάζας ενός γαλαξία ήταν συγκεντρωμένο σε αυτήν ακριβώς την κεντρική περιοχή που περιβάλλει τον πυρήνα του γαλαξία, όπου η βαρυτική του έλξη είναι και ισχυρότερη. Αυτό σήμαινε ότι όσο μακρύτερα βρισκόταν ένα άστρο από το κέντρο του γαλαξία, τόσο μικρότερη θα ήταν και η ταχύτητα περιφοράς του.

Τα αποτελέσματα των μετρήσεων όμως έδειχναν ακριβώς το αντίθετο: αντί οι ταχύτητες περιφοράς των άστρων να μειώνονται όσο απομακρυνόμαστε από το κέντρο, παρέμεναν σταθερές σε μεγάλες αποστάσεις. Με άλλα λόγια, τα άστρα στις παρυφές των γαλαξιών διέγραφαν τροχιές με πολύ μεγαλύτερες ταχύτητες από αυτές που θα «έπρεπε» να είχαν, εάν η ορατή γαλαξιακή ύλη, τα αναρίθμητα δηλαδή αστέρια και τα αέρια που εμπεριείχαν, αντιστοιχούσε επακριβώς και στη συνολική τους μάζα.

Η διαπίστωση αυτή φαίνεται να έρχεται σε αντίθεση με την κοινή λογική, αφού σύμφωνα με τη Νευτώνεια φυσική η ταχύτητα περιφοράς των άστρων θα έπρεπε να μειώνεται όσο απομακρυνόμαστε από το γαλαξιακό κέντρο, όπως περίπου μειώνονται και οι ταχύτητες των πλανητών του Ηλιακού μας Συστήματος όσο μακρύτερα αυτοί βρίσκονται από τον Ήλιο. Ο μόνος τρόπος που θα μπορούσαν τα άστρα αυτά να περιφέρονται σε τόσο μεγάλες αποστάσεις από τους γαλαξιακούς πυρήνες με αυτές τις ταχύτητες θα ήταν να εμπεριέχει ο κάθε γαλαξίας πολύ μεγαλύτερη ποσότητα ύλης απ’ αυτήν που μπορούμε να δούμε.

Κάθε γαλαξίας με άλλα λόγια θα πρέπει να περιβάλλεται από μια σφαιρική άλω αόρατης, σκοτεινής ύλης, που αντιστοιχεί και στο μεγαλύτερο ποσοστό της συνολικής του μάζας. Όμως, ακόμα και σήμερα η φύση της εξακολουθεί να παραμένει άγνωστη. Οι περισσότεροι επιστήμονες συμφωνούν ότι η σκοτεινή ύλη απαρτίζεται από παράξενα στοιχειώδη σωματίδια που, αν και προβλέπεται θεωρητικά ότι σχηματίστηκαν στις πρώτες απειροστές στιγμές της κοσμικής ιστορίας, η ύπαρξή τους δεν έχει ακόμη επιβεβαιωθεί πειραματικά.

Το γνωστό υλικό του σύμπαντος, η βαρυονική ύλη, συνίσταται από πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια. Η σκοτεινή ύλη ενδέχεται να εμπεριέχει βαρυονική ή μη-βαρυονική ύλη. Θα πρέπει να αντιστοιχεί σε στοιχειώδη σωματίδια, εξωτικές μορφές ύλης, όπως είναι τα WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles, δηλαδή Ασθενώς Αλληλεπιδρώντα Σωματίδια με Μάζα) και τα αξιόνια. Η ύπαρξη των WIMPs προβλέπεται από ορισμένες θεωρίες στοιχειωδών σωματιδίων και, θεωρητικά τουλάχιστον, η παραγωγή τους μετά τη Μεγάλη Έκρηξη είναι αυτή που απαιτείται για να εξηγήσει τη σκοτεινή ύλη του Σύμπαντος. Το πρόβλημα με τα WIMPs είναι ότι δεν αλληλεπιδρούν με τη βαρυονική ύλη παρά μόνο διά μέσου της ασθενούς και της βαρυτικής αλληλεπίδρασης (δύναμης) και κατά συνέπεια, εάν όντως υπάρχουν, είναι ιδιαίτερα δύσκολο να ανιχνευτούν.

Δεν συντείνουν όμως όλοι οι επιστήμονες στη θεωρία της σκοτεινής ύλης. Υπάρχουν πολλοί φυσικοί που υποστηρίζουν ότι η αδυναμία να εντοπίσουμε τα στοιχεία που απαρτίζουν το άγνωστο υλικό του Σύμπαντος οφείλεται στο ότι δεν υπάρχει και ότι απλώς οι γνώσεις που έχουμε έως τώρα για τη βαρύτητα είναι ελλιπείς.

Η σκοτεινή ενέργεια

Δείτε την επόμενη ή προηγούμενη σελίδα πατώντας τα νούμερα