Είναι δυνατή η ζωή που βασίζεται στη σκοτεινή ύλη;

2024 Συγγραφέας: Seth Attwood | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-16 16:02

Η συντριπτική πλειοψηφία της μάζας στο Σύμπαν μας είναι αόρατη. Και εδώ και αρκετό καιρό, οι φυσικοί προσπαθούν να καταλάβουν τι είναι αυτή η άπιαστη μάζα. Εάν είναι κατασκευασμένο από σωματίδια, η ελπίδα είναι ότι ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων μπορεί να παράγει ένα σωματίδιο σκοτεινής ύλης ή το διαστημικό τηλεσκόπιο θα δει μια εύγλωττη υπογραφή ακτίνων γάμμα των συγκρούσεων της σκοτεινής ύλης. Μέχρι στιγμής, δεν υπάρχει τίποτα. Και αυτό το πρόβλημα κάνει τους θεωρητικούς φυσικούς να αναλογιστούν νέες ιδέες.

Το 2017, η διάσημη θεωρητική φυσική Lisa Randall εξέτασε μια από τις πιο απίστευτες πιθανότητες της σκοτεινής ύλης. Υποθετικό, φυσικά. Αντί να αντιμετωπίζει τη σκοτεινή ύλη ως συγκεκριμένο τύπο σωματιδίου, υπέθεσε ότι η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να αποτελείται από μια ολόκληρη οικογένεια σωματιδίων που αποτελούν σκοτεινά αστέρια, σκοτεινούς γαλαξίες, σκοτεινούς πλανήτες και πιθανώς σκοτεινή ζωή. Η χημεία του σκοτεινού σύμπαντος θα μπορούσε να είναι τόσο πλούσια και ποικίλη όσο η δική μας «κανονική χημεία». Δεν είναι όμως όλα τόσο απλά.

Το πρόβλημα της σκοτεινής ύλης

Το Σύμπαν μας είναι ένα καταπληκτικό, αν και ακατανόητο μέρος.

Τις τελευταίες δεκαετίες, συνειδητοποιήσαμε ότι το 84,5% της ύλης στο Σύμπαν δεν μπορεί να δει. Δεδομένου του μάλλον άβολου παρατσούκλι της «σκοτεινή ύλη», αυτή η ουσία βρίσκεται σε κατάσταση στην οποία δεν αλληλεπιδρά με την «κανονική» ύλη. Όπως και η σκοτεινή ενέργεια, αυτά τα πράγματα είναι «σκοτεινά» γιατί δεν τα καταλαβαίνουμε.

Αν υπάρχει τώρα ένα κομμάτι σκοτεινής ύλης στο γραφείο μου, δεν θα το μάθω ποτέ. Ένα κομμάτι σκοτεινής ύλης γενικά, ως τέτοιο, δεν μπορεί να βρίσκεται στο γραφείο μου. Θα πέσει μέσα από το τραπέζι, και το πάτωμα, και ο φλοιός της γης, θα ορμήσουν στο πηγάδι της βαρύτητας στον πυρήνα του πλανήτη μας. Ή θα εξαφανιστεί στο διάστημα με έναν ακατανόητο τρόπο. Η σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά τόσο αδύναμα με οτιδήποτε που αυτό το κομμάτι απλώς θα πέσει μέσα από τη συνηθισμένη ύλη, σαν να μην υπάρχει.

Σε μικρή κλίμακα, η βαρυτική εκδήλωση της σκοτεινής ύλης είναι αμελητέα, αλλά σε κοσμολογικές αποστάσεις η παρουσία της σκοτεινής ύλης είναι σίγουρα αισθητή - μπορεί να παρατηρηθεί έμμεσα από τη βαρυτική της επίδραση στα σμήνη γαλαξιών και την επίδρασή της στην περιστροφή των γαλαξιών. Ξέρουμε ότι υπάρχει, απλά δεν το βλέπουμε.

Και δεν ξέρουμε τι είναι, μπορούμε μόνο να μαντέψουμε

Η συνηθισμένη ύλη - γνωστή και ως βαρυονική ύλη - αλληλεπιδρά μέσω ηλεκτρομαγνητικών, βαρυτικών, ισχυρών και ασθενών δυνάμεων. Αυτές οι δυνάμεις μεταφέρουν ενέργεια και δίνουν δομή σε όλη την ύλη. Η σκοτεινή ύλη, από την άλλη πλευρά, συνήθως θεωρείται ως ένα άμορφο νέφος «ύλης» που δεν μπορεί να αλληλεπιδράσει μέσω ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων, αδύναμων ή ισχυρών. Επομένως, θεωρείται ότι η σκοτεινή ύλη είναι «μη βαρυονική». Η μη βαρυονική ύλη μπορεί να αποκαλύψει την παρουσία της μόνο βαρυτικά.

Ο κορυφαίος υποψήφιος στην αναζήτηση της σκοτεινής ύλης είναι το WIMP, ένα ασθενώς αλληλεπιδρούν μαζικό σωματίδιο. Όπως υποδηλώνει το όνομα WIMP, αυτό το υποθετικό σωματίδιο δεν αλληλεπιδρά με την κανονική ύλη - επομένως δεν είναι βαρυονικό.

Τα καθιερωμένα κοσμολογικά μοντέλα προβλέπουν ότι η σκοτεινή ύλη - είτε με τη μορφή WIMP είτε "αξίων", για παράδειγμα - προικίζει το Σύμπαν μας με δομή και συνήθως ονομάζεται απλοϊκά η "κόλλα" που συγκρατεί το Σύμπαν μας ως σύνολο.

Παρατηρώντας την περιστροφή των γαλαξιών, η αστρονόμος Vera Rubin παρατήρησε ότι το μεγαλύτερο μέρος της ύλης στους γαλαξίες δεν είναι παρατηρήσιμο. Μόνο ένα μικρό ποσοστό είναι ορατό - αστέρια, αέριο και σκόνη. το υπόλοιπο κρύβεται σε ένα τεράστιο αλλά αόρατο φωτοστέφανο σκοτεινής ύλης. Είναι σαν ο ορατός μας γαλαξίας της συνηθισμένης ύλης να είναι απλώς μια κουκούλα σε έναν τεράστιο τροχό σκοτεινής ύλης που εκτείνεται πολύ πέρα από αυτό που μπορούμε να δούμε.

Σε μια πρόσφατα δημοσιευμένη εργασία (2013), η Randall και οι συνεργάτες της παρουσίασαν μια πιο περίπλοκη μορφή σκοτεινής ύλης. Σύμφωνα με αυτούς, το φωτοστέφανο της σκοτεινής ύλης του γαλαξία μας δεν αποτελείται μόνο από έναν τύπο άμορφης μάζας μη βαρυονικής ύλης.

«Φαίνεται πολύ περίεργο να υποθέσουμε ότι όλη η σκοτεινή ύλη αποτελείται από έναν μόνο τύπο σωματιδίου», γράφει ο Randall. «Ένας αμερόληπτος επιστήμονας δεν πρέπει να επιτρέπει στη σκοτεινή ύλη να είναι τόσο διαφορετική όσο η κανονική μας ύλη».

Ένα πλούσιο «σύμπαν σκιών»;

Ακριβώς όπως το ορατό μας σύμπαν διέπεται από το Καθιερωμένο μοντέλο της φυσικής - μια καλά αποδεδειγμένη οικογένεια σωματιδίων (συμπεριλαμβανομένου του περίφημου μποζονίου Higgs) και δυνάμεων, θα μπορούσε ένα πλούσιο και ποικίλο μοντέλο σωματιδίων και δυνάμεων της σκοτεινής ύλης να λειτουργήσει σε ένα σκοτεινό γαλαξιακό φωτοστέφανο;

Αυτή η έρευνα ακολουθεί τη λογική της υπόθεσης μιας πλούσιας ποικιλίας άγνωστης φυσικής στον σκοτεινό τομέα του σύμπαντος - ας το ονομάσουμε "σύμπαν σκιών" - που υπάρχει παράλληλα με το δικό μας και έχει όλες τις πολυπλοκότητες που έχει να προσφέρει το ορατό μας σύμπαν.

Οι αστροφυσικοί είχαν προηγουμένως προτείνει ότι «σκοτεινά αστέρια» - αστέρια φτιαγμένα από σκοτεινή ύλη - μπορεί να υπάρχουν στο αρχαίο μας σύμπαν μέχρι σήμερα. Αν ναι, υποστηρίζει ο Randall, ίσως θα μπορούσαν να σχηματιστούν «σκοτεινοί πλανήτες». Και αν υπάρχει μια οικογένεια σωματιδίων σκοτεινής ύλης που ελέγχονται από δυνάμεις που αναπτύσσονται στον σκοτεινό τομέα, θα μπορούσε αυτό να οδηγήσει στην εμφάνιση πολύπλοκης χημείας; Και στη ζωή;

Ωστόσο, εάν υπάρχει «σκοτεινή» ή «σκιώδης» ζωή παράλληλη με το σύμπαν μας, μπορείτε να ξεχάσετε ότι μπορούμε να την εντοπίσουμε.

Η ζωή της σκιάς θα παραμείνει στη σκιά

Φαίνεται δελεαστικό να χρησιμοποιήσουμε αυτή την υπόθεση για να εξηγήσουμε όλα τα καθημερινά μυστήρια ή ακόμα και τους παραφυσικούς ισχυρισμούς που η επιστήμη δεν μπορεί να αμφισβητήσει ή να υποστηρίξει. Τι θα συμβεί αν τα «φαντάσματα» ή τα ανεξήγητα «φώτα στον ουρανό» είναι οι γελοιότητες των σκοτεινών πλασμάτων που ζουν στο πίσω μέρος των πάντων;

Ενώ αυτή η λογική θα ήταν καλή για μια τηλεοπτική εκπομπή ή ταινία, αυτά τα σκοτεινά πλάσματα θα ζούσαν σε ένα σκιερό σύμπαν που είναι εντελώς ασύμβατο με τη συνηθισμένη ύλη. Τα σωματίδια και οι δυνάμεις τους δεν θα είχαν καμία επίδραση στο σύμπαν μας. Θα μπορούσατε να διαβάσετε αυτές τις γραμμές καθισμένοι σε ένα κούτσουρο δέντρου σε ένα σκοτεινό δάσος και δεν θα το ξέρατε ποτέ.

Επειδή όμως συνυπάρχουμε με αυτό το σκιερό σύμπαν στον ίδιο χωροχρόνο -χωρίς περιττές διαστάσεις ή πολυσύμπαν- μόνο ένα σήμα μπορεί να μεταδοθεί.

Τα βαρυτικά κύματα ανακαλύφθηκαν μόλις το 2016 και η πρώτη ανίχνευση αυτών των κυματισμών στο χωροχρόνο προκλήθηκε από τη σύγκρουση μαύρων τρυπών. Φαίνεται πολύ πιθανό ότι τα βαρυτικά κύματα μπορούν να ανιχνευθούν στον σκοτεινό τομέα, αλλά μόνο τα πιο ισχυρά κοσμικά γεγονότα στον σκοτεινό τομέα μπορούν να ανιχνευθούν στο άκρο του καλωδίου μας.

Συνολικά, σχεδόν σίγουρα δεν θα αποδείξουμε ποτέ την ύπαρξη χαριτωμένων πλασμάτων της σκοτεινής ύλης, αλλά ο Randall επισημαίνει ένα σημαντικό σημείο. Όταν εξετάζουμε την πηγή της σκοτεινής ύλης, πρέπει να κοιτάξουμε πέρα από τις προκαταλήψεις μας. ο σκοτεινός τομέας μπορεί να είναι μια πολύπλοκη οικογένεια σωματιδίων και δυνάμεων της σκοτεινής ύλης που είναι πέρα από αυτό που μπορούμε να φανταστούμε.