Ύστερα από σχεδόν έναν αιώνα αβεβαιότητας, οι επιστήμονες ίσως βρίσκονται ένα βήμα πριν επιβεβαιώσουν την ύπαρξη της πιο μυστηριώδους ουσίας του Σύμπαντος: της Σκοτεινής Ύλης.
Νέα ανάλυση δεδομένων από το Fermi Gamma-ray Space Telescope της NASA αποκαλύπτει ένα σήμα υψηλής ενέργειας που ταιριάζει εντυπωσιακά με όσα είχαν προβλέψει θεωρητικά τα μοντέλα για την αλληλεπίδραση των σωματιδίων της Σκοτεινής Ύλης. Αν τα αποτελέσματα επιβεβαιωθούν, θα πρόκειται για το πρώτο άμεσο παρατηρησιακό ίχνος αυτής της αόρατης κοσμικής δομής, μια στιγμή-ορόσημο για την αστροφυσική.
Η αναζήτηση ξεκίνησε τη δεκαετία του 1930, όταν ο ελβετός αστρονόμος Fritz Zwicky παρατήρησε ότι οι γαλαξίες σε ορισμένα σμήνη κινούνταν με ταχύτητες αδύνατο να εξηγηθούν μόνο από τη μάζα των άστρων τους. Για να παραμείνουν δεμένοι, θα έπρεπε να υπάρχει κάτι έξτρα που ασκούσε ισχυρή βαρύτητα, χωρίς όμως να εκπέμπει φως. Έτσι γεννήθηκε η έννοια της Σκοτεινής Ύλης, ενός αόρατου σκελετού που συγκρατεί τεράστιες δομές στο Σύμπαν. Σήμερα, σχεδόν 100 χρόνια μετά, ένα νέο σήμα ίσως αποκαλύπτει για πρώτη φορά τον πραγματικό της χαρακτήρα.
Το επίμαχο εύρημα προέκυψε από την εργασία του Tomonori Totani στο University of Tokyo, ο οποίος εξέτασε με λεπτομέρεια ανανεωμένα δεδομένα του Fermi Telescope. Μελετώντας την περιοχή προς το κέντρο του Γαλαξία, ο Totani εντόπισε έναν «δακτύλιο» ακτίνων γάμα εξαιρετικά υψηλής ενέργειας, στα 20 gigaelectronvolts. Η κατανομή της φωτεινότητας και το σχήμα της ακτινοβολίας θυμίζουν σχεδόν πιστά την αναμενόμενη μορφή που θα είχε ένα φωτοστέφανο Σκοτεινής Ύλης, όπως προβλέπουν μοντέλα δεκαετιών.
Η βασική ιδέα πίσω από το εύρημα σχετίζεται με τα WIMPs (weakly interacting massive particles), μια κατηγορία υποθετικών σωματιδίων που θα μπορούσαν να αποτελούν τη Σκοτεινή Ύλη. Σύμφωνα με τη θεωρία, όταν δύο WIMPs συγκρούονται, αλληλοαναιρούνται και εκλύουν εξαιρετικά ενεργητικά φωτόνια γάμα. Έτσι, οι αστρονόμοι επί χρόνια κοιτάζουν περιοχές όπου θα έπρεπε να συσσωρεύεται Σκοτεινή Ύλη, με πιο χαρακτηριστικό σημείο το κέντρο του γαλαξία μας, για να εντοπίσουν τυχόν ακτινοβολία του συγκεκριμένου ενεργειακού επιπέδου.
Οι μετρήσεις του Fermi δείχνουν ακριβώς αυτό: ένα ενεργειακό αποτύπωμα που ταιριάζει με WIMPs περίπου 500 φορές βαρύτερα από το πρωτόνιο. Ακόμα και η συχνότητα των πιθανών συγκρούσεων, όπως υπολογίζεται από την ένταση της ακτινοβολίας, βρίσκεται μέσα στα όρια των θεωρητικών εκτιμήσεων. Με άλλα λόγια, το μοτίβο του σήματος φαίνεται δύσκολο να εξηγηθεί από γνωστές αστροφυσικές διαδικασίες, κάτι που κάνει πολλούς ερευνητές να μιλούν για την πιο σοβαρή ένδειξη Σκοτεινής Ύλης μέχρι σήμερα.
Ο Totani τονίζει ότι το σήμα δεν ταιριάζει με κανέναν από τους συνήθεις υπόπτους: ούτε με εκρήξεις άστρων, ούτε με pulsars, ούτε με αέρια νέφη που εκπέμπουν τυχαία ακτίνες γάμα. Η γεωμετρία του «φωτοστέφανου» και η σταθερότητα του ενεργειακού φάσματος κάνουν το εύρημα ακόμη πιο εντυπωσιακό. Όπως σημειώνει, αν οι παρατηρήσεις του επιβεβαιωθούν, τότε θα είναι η πρώτη φορά που η ανθρωπότητα «βλέπει» τη Σκοτεινή Ύλη έστω και έμμεσα, ανοίγοντας τον δρόμο για μια νέα εποχή στη φυσική υψηλών ενεργειών.
Ακόμη πιο συναρπαστικό είναι ότι ένα τέτοιο σωματίδιο δεν υπάρχει στο καθιερωμένο πρότυπο της σωματιδιακής φυσικής. Αυτό σημαίνει ότι η ανακάλυψη δεν θα επιβεβαιώσει μόνο μια κοσμική θεωρία δεκαετιών, αλλά θα αναγκάσει και τους φυσικούς να επεκτείνουν τα θεμελιώδη μοντέλα τους. Μια πιθανή ταυτοποίηση σκοτεινής ύλης θα αποτελούσε ίσως τη μεγαλύτερη θεωρητική ανατροπή από την ανακάλυψη των νετρίνων.
Παρά τον ενθουσιασμό όμως, η επιστημονική κοινότητα παραμένει προσεκτική. Η διαδικασία επαλήθευσης είναι κρίσιμη: άλλες ομάδες θα πρέπει να εξετάσουν ανεξάρτητα τα ίδια δεδομένα, να αποκλείσουν κάθε πιθανή εναλλακτική ερμηνεία και να επιβεβαιώσουν ότι το σήμα δεν προέρχεται από κάποιον άγνωστο αστροφυσικό μηχανισμό. Ο Totani επισημαίνει ότι ένα δεύτερο, εξίσου καθαρό σήμα από άλλες περιοχές πλούσιες σε Σκοτεινή Ύλη, όπως οι νάνοι σφαιροειδείς γαλαξίες που περιφέρονται γύρω από τον δικό μας, θα αποτελούσε ισχυρό επιπλέον επιχείρημα.
Το Fermi Telescope συνεχίζει να συλλέγει δεδομένα, και οι επόμενοι μήνες αναμένονται κρίσιμοι. Αν τα νέα ευρήματα επιβεβαιώσουν ότι το φωτεινό φωτοστέφανο των 20 GeV προέρχεται όντως από την αλληλοεξόντωση WIMPs, τότε θα μιλάμε για μια από τις πιο σημαντικές ανακαλύψεις στη σύγχρονη επιστήμη.
