Σκοτεινή ύλη

Μετρήσεις στην αστρονομία υποδεικνύουν ότι πάνω έως το 90% του Σύμπαντος ή και περισσότερο βρίσκεται σε μορφή "σκοτεινής ύλης". Αυτή η ύλη δεν εκπέμπει φως ή οποιαδήποτε άλλη ανιχνεύσιμη ακτινοβολία, έτσι δεν μπορούμε να τη "δούμε", αλλά η παρουσία της γίνεται αισθητή από τα βαρυτικά φαινόμενα που εμφανίζονται στην ύλη που μπορούμε να δούμε. Οι αστέρες των γαλαξιών, για παράδειγμα, φαίνεται ότι κινούνται πολύ πιο γρήγορα απ' ό,τι αν επηρεάζονταν μόνο από την ορατή ύλη του γαλαξία.

Ανακατασκευή μέσω υπολογιστή της μάζας σκοτεινής ύλης ανά επιφάνεια στο σμήνος CL0024+1654

Η καμπύλωση λόγω βαρύτητας του φωτός που προέρχεται από ένα απομακρυσμένο γαλαξία εξαιτίας ενός σμήνους γαλαξιών που βρίσκεται μπροστά του και σε απόσταση δύο δισεκατομμυρίων ετών φωτός, επέτρεψε την ανασύνθεση της συνολικής μάζας αυτού του σμήνους και έδειξε ότι η μάζα της σκοτεινής ύλης υπερβαίνει, περίπου κατά 250 φορές, τη μάζα όλων των αστέρων των γαλαξιών του σμήνους. Στη διπλανή φωτογραφία φαίνεται ένα τεχνητού χρώμματος διάγραμμα ανακατασκευασμένο στον υπολογιστή που απεικονίζει τη μάζα της σκοτεινής ύλης ανά επιφάνεια στο σμήνος CL0024+1654. Η συνολική μάζα είναι πάνω από 300 εκατομμύρια εκατομμύρια εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τη μάζα της Γης. Μεμονωμένοι γαλαξίες του σμήνους φαίνονται στο διάγραμμα ως προεξοχές μάζας. (Το γράφημα είναι ευγενής παραχώρηση των: Greg Kochanski, Ian Dell'Antonio, και Tony Tyson - Bell Labs, Lucent Technologies).

Ένα μέρος της σκοτεινής ύλης ίσως είναι στη μορφή μεγάλων πλανητών ή νεκρών αστέρων που αποτελούνταν από συνήθη πρωτόνια και νετρόνια. Εντούτοις οι θεωρίες της κοσμολογίας υποδεικνύουν πως ένα μεγάλο κλάσμα της σκοτεινής ύλης πρέπει να έχει εντελώς διαφορετική μορφή. Όποια κι αν είναι η φύση της, πρέπει να δίνει πολύ ασθενείς αλληλεπιδράσεις, διαφορετικά θα είχε ήδη ανιχνευθεί. Μια πιθανότητα είναι τα σωματίδια που αλληλεπιδρούν ασθενώς και ονομάζονται νετρίνα να έχουν μια μικρή μάζα, και να σχηματίζουν σκοτεινή ύλη. Αλλά η συμπεριφορά των νετρίνων δημιουργεί προβλήματα στις θεωρίες που πραγματεύονται τον τρόπο σχηματισμού των γαλαξιών στο Σύμπαν.

Μια άλλη πιθανότητα είναι η σκοτεινή ύλη να βρίσκεται στη μορφή σωματιδίων που έχουν προβλεφθεί από τη θεωρία, αλλά δεν έχουν παρατηρηθεί ακόμα. Η ιδέα της "υπερσυμμετρίας" συνδέει τα σωματίδια της ύλης με τα σωματίδια φορείς των δυνάμεων, και υποδεικνύει την ύπαρξη βαρέων "υπερσωματιδίων". Τα ελαφρύτερα από αυτά τα υπερσωματίδια θα μπορούσαν να είναι σταθερά, και σ' αυτή την περίπτωση μεγάλος αριθμός από αυτά, που δημιουργήθηκαν στο πρώιμο Σύμπαν, θα μπορούσαν τώρα να έχουν συνενωθεί σε δομές σκοτεινής ύλης της τάξης μεγέθους των γαλαξιών.