Η εξιχνίαση της σκοτεινής ύλης ίσως «περνά» από τους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων

Του Κώστα Δεληγιάννη
Φυσικοί συνδύασαν σε μία θεωρία τις μαύρες τρύπες, τα βαρυτικά κύματα και τα αξιόνια, ένα υποθετικό είδος σωμάτων που έχει προταθεί ως «συστατικό» της σκοτεινής ύλης. Μάλιστα, σύμφωνα με τους επιστήμονες, αν η θεωρία τους ευσταθεί, τότε η ύπαρξη των αξιονίων, και επομένως η λύση του μυστηρίου της σκοτεινής ύλης, θα επιβεβαιωθεί από το πείραμα LIGO στις ΗΠΑ – το οποίο ανίχνευσε πέρυσι για πρώτη φορά βαρυτικά κύματα.

Οι μαύρες τρύπες είναι τα απομεινάρια μεγάλων άστρων που ολοκλήρωσαν τη «ζωή» τους και κατέρρευσαν υπό την επίδραση της βαρύτητάς τους, αποκτώντας έτσι απίστευτη πυκνότητα. Η συνέπεια είναι οποιοδήποτε σώμα ή φωτόνιο βρεθεί στον «ορίζοντα γεγονότων» μίας μαύρης τρύπας, δηλαδή στην περιοχή όπου το βαρυτικό της πεδίο έχει εξαιρετικά μεγάλη ένταση, να μην μπορεί να «δραπετεύσει».

Όπως προέβλεψε ο Άλμπερτ Αϊνστάιν στη Γενική Σχετικότητα, τα βαρυτικά κύματα είναι οι διαταραχές που διαδίδονται στο χωροχρονικό συνεχές από την κίνηση των υλικών σωμάτων. Παρόλο που η πρόβλεψη έγινε πριν από 101 χρόνια, μόλις πέρυσι μπόρεσε το πείραμα LIGO στις ΗΠΑ, με τους δύο ανιχνευτές του στην Ουάσιγκτον και τη Λουιζιάνα, να καταγράψει τέτοια σήμερα.

Από την άλλη, τα αξιόνια είναι υποθετικά σωματίδια, με μάζα ένα δισεκατομμυριοστό ή και μικρότερη από του ηλεκτρονίου. Η ύπαρξή τους προτάθηκε τη δεκαετία του 1970, για την εξήγηση μίας περίεργης ιδιότητας των «δομικών λίθων» των πρωτονίων και των νετρονίων. Στην πορεία, ωστόσο, φάνηκε πως θα μπορούσαν να εξηγήσουν και τη φύση της σκοτεινής ύλης, η οποία αποτελεί το 85% της ύλης στο σύμπαν.

Μέχρι σήμερα, οι ερευνητές προσπαθούν να ανιχνεύσουν τα αξιόνια προσπαθώντας να τα μετατρέψουν σε φωτόνια, χρησιμοποιώντας μαγνητικά πεδία. Τώρα, όμως, οι επιστήμονες από το Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής Perimeter, στον Καναδά, υποστηρίζουν πως η ύπαρξή τους περνά από το πείραμα LIGO.

Αυτό οφείλεται στον τρόπο που θα πρέπει να αλληλεπιδρούν με τις μαύρες τρύπες, αν η μάζα τους είναι εξαιρετικά μικρή. Τότε, όσα αξιόνια περιδινίζονται γύρω από μία μαύρη τρύπα, χωρίς να εισέρχονται όμως μέσα στον «ορίζοντα γεγονότων», θα πρέπει να πολλαπλασιάζονται σε πλήθος, λόγω ενός φαινομένου που ονομάζεται υπερεκποµπή (superradiance), δημιουργώντας «νέφη» αξιονίων.

Οι επιστήμονες προτείνουν διάφορους τρόπους που τέτοια «νέφη» θα μπορούσαν να δώσουν την ευκαιρία πειραματικών ενδείξεων για την ύπαρξη των αξιονίων. Σύμφωνα με τον πλέον υποσχόμενο, η σύγκρουση των σωματιδίων σε ένα «νέφος» θα προκαλούσε τη συνεχή εκπομπή βαρυτικών κυμάτων, με συχνότητα ανάλογη της μάζας του αξιονίου.

Τότε, όπως εκτιμούν, το πείραμα LIGO έχει τη δυνατότητα να ανιχνεύει κάθε χρόνο χιλιάδες τέτοιες πηγές. Επομένως, η καταγραφή πηγών με την ίδια συχνότητα θα «προδώσει» την παρουσία αξιονίων.

Παρόλο που στην περίπτωση που οι ανιχνευτές του LIGO εντοπίσουν τέτοια σήματα, αυτό θα αποτελεί ισχυρή ένδειξη για την ύπαρξη των αξιονίων, δεν ισχύει και το αντίστροφο: αν δηλαδή δεν υπάρξουν ενδείξεις των πηγών που προβλέπει η θεωρία, τότε δεν συνεπάγεται πως καταρρίπτεται η ύπαρξη των αξιονίων. Ακόμη όμως κι έτσι, η υπόθεση της ομάδας από το Ινστιτούτο Perimeter ανοίγει τον δρόμο ώστε τα βαρυτικά κύματα να γίνουν ένα «παράθυρο» σε νέα φυσική, πέρα από καινούριο «παράθυρο» μελέτης του σύμπαντος.

http://www.naftemporiki.gr/story/1220085/i-eksixniasi-tis-skoteinis-ulis-isos-perna-apo-tous-anixneutes-barutikon-kumaton

Lemmy