Η σκοτεινή ύλη είναι ήδη μια από τις πιο παράξενες ουσίες στο σύμπαν, αλλά μια νέα μελέτη δείχνει ότι αυτή η άπιαστη ουσία μπορεί να είναι ακόμη πιο περίεργη από ό,τι πιστεύαμε.
Οι επιστήμονες προτείνουν ότι η σκοτεινή ύλη μπορεί να διαδοθεί μέσω μιας κρυμμένης «πέμπτης διάστασης» πέρα από τις κανονικές τέσσερις διαστάσεις του χώρου και του χρόνου.
Ακόμη πιο περίεργο, οι επιστήμονες λένε ότι αυτό το εξωδιάστατο σχήμα προκαλεί τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης να «συντονίζονται».
Οι ερευνητές προτείνουν ότι η γεωμετρία πέμπτης διάστασης ευθυγραμμίζει τις μάζες των σωματιδίων της σκοτεινής ύλης σε ένα ακριβές σχέδιο.
Αυτή η εξαιρετικά ειδική δομή δημιουργεί ένα φαινόμενο γνωστό ως «συντονισμός σκοτεινής ύλης».
Η σκοτεινή ύλη έχει «συντονιστεί» σε όλη την εξέλιξη του σύμπαντος, όπως μια χορδή βιολιού δονείται απότομα όταν παίζεται ακριβώς στο σωστό γήπεδο.
Αυτό μπορεί να εξηγήσει γιατί η σκοτεινή ύλη έπαιξε τεράστιο ρόλο στον σχηματισμό του σύμπαντος αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και γιατί αποδεικνύεται τόσο δύσκολο να βρεθεί σήμερα.
Ο συν-συγγραφέας Dr Yu-dai Tsai, από το Πανεπιστήμιο του Σέφιλντ, δήλωσε: «Ο συντονισμός της σκοτεινής ύλης είναι ήδη γνωστό ότι είναι μια ισχυρή έννοια, η οποία θα μπορούσε να αλλάξει την κατανόησή μας για το πώς σχηματίστηκε η σκοτεινή ύλη στο πρώιμο σύμπαν και πώς την αναζητούμε σήμερα».
Οι επιστήμονες λένε ότι η σκοτεινή ύλη, η μυστηριώδης ουσία που αποτελεί το 27 τοις εκατό του σύμπαντος, μπορεί να υπάρχει σε μια κρυφή πέμπτη διάσταση. Εικόνα: Ο χάρτης της NASA για τη δομή της σκοτεινής ύλης στο πρώιμο σύμπαν
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η κανονική ύλη που αποτελείται από το σώμα, τους πλανήτες, τα αστέρια και τους γαλαξίες σας αντιπροσωπεύει μόνο το πέντε τοις εκατό της συνολικής μάζας στο σύμπαν.
Το υπόλοιπο αποτελείται από μυστηριώδεις ουσίες γνωστές ως σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια, οι οποίες αποτελούν το 27 τοις εκατό και το 68 τοις εκατό του σύμπαντος, αντίστοιχα.
Η σκοτεινή ύλη είναι ένας ιδιαίτερα σημαντικός γρίφος που πρέπει να λύσουν οι επιστήμονες επειδή παίζει σημαντικό ρόλο στη διαμόρφωση και την εξέλιξη γαλαξιών όπως ο δικός μας Γαλαξίας.
Αν και δεν αλληλεπιδρά άμεσα με τη συνηθισμένη ύλη και δεν μπορεί να φανεί στα τηλεσκόπια μας, οι επιστήμονες μπορούν να δουν πώς η βαρυτική του έλξη έχει διαμορφώσει το σύμπαν.
Οι επιστήμονες πιστεύουν τώρα ότι η σκοτεινή ύλη δρα σαν μια αόρατη κόλλα, συγκρατώντας μεμονωμένους γαλαξίες και τα τεράστια νήματα του κοσμικού ιστού μαζί με τη βαρυτική της έλξη.
Ωστόσο, παρά τις δεκαετίες έρευνας, οι επιστήμονες δεν είναι πιο κοντά στο να καταλάβουν τι είναι στην πραγματικότητα η σκοτεινή ύλη.
Μερικές θεωρίες, γνωστές ως θεωρία της «θερμικής σκοτεινής ύλης», υποδηλώνουν ότι η σκοτεινή ύλη είναι ένας τύπος σωματιδίου ασθενούς αλληλεπίδρασης που ήταν άφθονο στο πρώιμο σύμπαν αλλά τελικά αραιώθηκε καθώς το σύμπαν επεκτεινόταν και ψύχθηκε.
Αντίθετα, ο Δρ Τσάι και οι συν-συγγραφείς του προτείνουν κάτι που ονομάζεται μοντέλο «συντονιστικής» σκοτεινής ύλης.
Οι επιστήμονες προτείνουν ότι η σκοτεινή ύλη (αριστερά) αλληλεπιδρά με την κανονική ύλη (δεξιά) με συντονισμό με ένα ενδιάμεσο σωματίδιο που ονομάζεται σκοτεινό φωτόνιο.
Ο επικεφαλής συγγραφέας Δρ Taegyu Li του Πανεπιστημίου της Ιντιάνα είπε στην Daily Mail: «Στο μοντέλο μας, τα σωματίδια που μπορούμε να παρατηρήσουμε, συμπεριλαμβανομένου του εαυτού μας, υπάρχουν σε τετραδιάστατο χώρο, με μία χρονική διάσταση και τρεις χωρικές διαστάσεις.
«Ωστόσο, η σκοτεινή ύλη μπορεί να κινείται ελεύθερα σε τέσσερις διαστάσεις καθώς και σε μια επιπλέον χωρική διάσταση, η οποία είναι πολύ μικρή και κουλουριασμένη».
Αυτή η επιπλέον διάσταση δεν είναι κάτι που μπορούμε να δούμε ή να εισαγάγουμε, αλλά θα αφήσει ένα ξεχωριστό δακτυλικό αποτύπωμα στο ύφασμα της πραγματικότητας.
Το πιο σημαντικό, από την τετραδιάστατη προοπτική μας, η κίνηση στην πέμπτη διάσταση θα εμφανιζόταν ως μια σειρά από σωματίδια που σχετίζονται με διαφορετικές μάζες—μία από τις οποίες θα ήταν η σκοτεινή ύλη.
Η μεγάλη διαφορά μεταξύ αυτής της άποψης και άλλων θεωριών είναι πώς αυτά τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης αλληλεπιδρούν με την κανονική ύλη που κινείται σε τέσσερις διαστάσεις.
Ο Δρ Τσάι πρόσθεσε: «Στο μοντέλο μας, η σκοτεινή ύλη μπορεί ακόμα να αλληλεπιδράσει με την κανονική ύλη, αλλά μόνο πολύ ασθενώς, μέσω ενός σωματιδίου που ονομάζεται σκοτεινό φωτόνιο. Είναι ένα βαρύτερο, υποθετικό ξάδερφο του συνηθισμένου φωτονίου ».
Όταν η μάζα του σκοτεινού φωτονίου είναι κοντά στο διπλάσιο της μάζας του σωματιδίου της σκοτεινής ύλης, δημιουργεί κάτι που ονομάζεται «συντονισμός».
Είναι σαν να σπρώχνεις κάποιον σε μια κούνια. Πολλές τυχαίες σπρωξίματα δεν θα κάνουν τίποτα, αλλά μια εύστοχη ώθηση θα τους κάνει να πετάξουν.
Αυτή η θεωρία θα εξηγούσε γιατί η σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρούσε πιο ενεργά με την κανονική ύλη στο πρώιμο σύμπαν, αλλά είναι εξαιρετικά δύσκολο να ανιχνευθεί σήμερα. Εικόνα: Χρονοδιάγραμμα της εξέλιξης του σύμπαντος με την πάροδο του χρόνου
Όταν η σκοτεινή ύλη «συντονίζεται» με το μέσο, είναι σαν να σπρώχνεις την ταλάντευση την τέλεια στιγμή, που σημαίνει ότι η σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά πολύ πιο έντονα με την κανονική ύλη.
Ο Δρ Τσάι εξηγεί: «Αυτό κάνει την αλληλεπίδραση της σκοτεινής ύλης πολύ πιο αποτελεσματική στο πρώιμο σύμπαν.
«Εξαιτίας αυτής της ώθησης, η σωστή ποσότητα σκοτεινής ύλης θα μπορούσε να δημιουργηθεί ακόμα κι αν η σύζευξή της με την κανονική ύλη ήταν εξαιρετικά αδύναμη».
Ωστόσο, ο ακριβής συντονισμός της σκοτεινής ύλης δεν είναι τυχαίος, αλλά προκύπτει φυσικά από τη μαθηματική δομή των κρυφών διαστάσεων.
Αν αληθεύει, αυτό παρέχει μια σαφέστερη εξήγηση για το πώς η σκοτεινή ύλη έχει επηρεάσει το σχήμα του σύμπαντος και υποδεικνύει καλύτερους τρόπους ανίχνευσης.
Ο Δρ Τσάι είπε: «Οι επιστήμονες μπορούν να εξετάσουν αυτό το μοτίβο με δύο βασικούς τρόπους. Οι υπόγειοι ανιχνευτές σκοτεινής ύλης μπορούν να ανιχνεύσουν τις μικροσκοπικές κλωτσιές που δίνονται στα ηλεκτρόνια όταν περνούν μέσα από τη σκοτεινή ύλη.
«Οι επιταχυντές σωματιδίων μπορούν να προσπαθήσουν να δημιουργήσουν σκοτεινά φωτόνια και να αναζητήσουν την ενέργεια που λείπει, κάτι που θα υποδηλώνει ότι αόρατα σκοτεινά σωματίδια έχουν διαφύγει από τον ανιχνευτή. Η εύρεση μερικών από αυτά τα σήματα με το προβλεπόμενο μοτίβο μάζας θα παρείχε έμμεσα στοιχεία για μια επιπλέον διάσταση.