Αστροφυσική, Διάστημα

Έγινε προσομοίωση του σχηματισμού των γαλαξιών χωρίς όμως την ύπαρξη σκοτεινής ύλης

Written by Δ.Μ.

Για πρώτη φορά, ερευνητές από τα πανεπιστήμια της Βόννης και του Στρασβούργου έχουν προσομοιώσει το σχηματισμό γαλαξιών σε ένα σύμπαν χωρίς σκοτεινή ύλη. Για να επαναλάβουν αυτή τη διαδικασία στον υπολογιστή, έχουν τροποποιήσει τους νόμους βαρύτητας του Νεύτωνα. Οι γαλαξίες που δημιουργήθηκαν στους υπολογισμούς των υπολογιστών είναι παρόμοιοι με αυτούς που βλέπουμε σήμερα. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, οι υποθέσεις τους θα μπορούσαν να λύσουν πολλά μυστήρια της σύγχρονης κοσμολογίας. Τα αποτελέσματα δημοσιεύονται στην Astrophysical Journal .

Share

Για πρώτη φορά, ερευνητές από τα πανεπιστήμια της Βόννης και του Στρασβούργου έχουν προσομοιώσει το σχηματισμό γαλαξιών σε ένα σύμπαν χωρίς σκοτεινή ύλη. Για να επαναλάβουν αυτή τη διαδικασία στον υπολογιστή, έχουν τροποποιήσει τους νόμους βαρύτητας του Νεύτωνα. Οι γαλαξίες που δημιουργήθηκαν στους υπολογισμούς των υπολογιστών είναι παρόμοιοι με αυτούς που βλέπουμε σήμερα. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, οι υποθέσεις τους θα μπορούσαν να λύσουν πολλά μυστήρια της σύγχρονης κοσμολογίας. Τα αποτελέσματα δημοσιεύονται στην Astrophysical Journal .

galaxyformat

Στην εικόνα ένας γαλαξίας 1,5 δις έτη μετά την έναρξη της προσομοίωσης. Όσο πιο ανοικτό είναι το χρώμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα του αερίου. Οι φωτεινές γαλάζιες κουκίδες δείχνουν νεαρά αστέρια.

Οι κοσμολόγοι σήμερα υποθέτουν ότι η ύλη δεν κατανεμήθηκε εντελώς ομοιόμορφα μετά την Μεγάλη Έκρηξη. Οι πιο πυκνές περιοχές αερίου προσέλκυαν συνεχώς περισσότερη ύλη από το περιβάλλον τους λόγω των ισχυρότερων βαρυτικών δυνάμεών τους. Κατά τη διάρκεια αρκετών δισεκατομμυρίων ετών, αυτές οι συσσωρεύσεις αερίου σχημάτισαν τελικά τους γαλαξίες που βλέπουμε σήμερα.

Ένα σημαντικό συστατικό αυτής της θεωρίας είναι η λεγόμενη σκοτεινή ύλη . Από τη μία πλευρά, λέγεται ότι είναι υπεύθυνη για την αρχική άνιση κατανομή που οδήγησε στην συσσωμάτωση των νεφών αερίου. Εξηγεί επίσης και μερικές αινιγματικές παρατηρήσεις. Για παράδειγμα, τα αστέρια στους περιστρεφόμενους γαλαξίες κινούνται συχνά τόσο γρήγορα ώστε πρέπει να εκτοξευθούν εκτός των γαλαξιών. Φαίνεται όμως ότι υπάρχει μια πρόσθετη πηγή βαρύτητας στους γαλαξίες που εμποδίζει αυτό – ένα είδος “συγκολλητικής δύναμης στα άστρα” που δεν μπορεί να ειδωθεί με τα τηλεσκόπια: η λεγόμενη σκοτεινή ύλη.

Ωστόσο, δεν υπάρχει ακόμη άμεση απόδειξη της ύπαρξής της. “Ίσως όμως οι ίδιες οι βαρυτικές δυνάμεις να συμπεριφέρονται απλά διαφορετικά από ό, τι πιστεύαμε προηγουμένως”, εξηγεί ο καθηγητής Dr. Pavel Kroupa από το Ινστιτούτο Helmholtz του Πανεπιστημίου της Βόννης και το Αστρονομικό Ινστιτούτο του Πανεπιστημίου του Καρόλου στην Πράγα. Αυτή η θεωρία ονομάζεται MOND (Μodified Newtonian Dynamics). και ανακαλύφθηκε από τον ισραηλινό φυσικό καθηγητή  Mordehai Milgrom. Σύμφωνα με τη θεωρία αυτή, η έλξη μεταξύ δύο μαζών υπακούει μεν στους νόμους του Νεύτωνα αλλά μόνο μέχρι ένα συγκεκριμένο σημείο (απόσταση). Κάτω από πολύ χαμηλές επιταχύνσεις, όπως συμβαίνει στους γαλαξίες, γίνεται πολύ ισχυρότερη. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι γαλαξίες δεν διασπώνται ως αποτέλεσμα της ταχύτητας περιστροφής τους.

Αποτελέσματα κοντά στην πραγματικότητα

Σε συνεργασία με τον Benoit Famaey στο Στρασβούργο, έχουν τώρα προσομοιώσει για πρώτη φορά για το αν οι γαλαξίες θα σχηματίσουν σε ένα σύμπαν βάση της τροποποιημένης νευτώνειας θεωρίας MOND και αν ναι, πώς θα είναι;  Για να γίνει αυτό, χρησιμοποίησαν ένα πρόγραμμα υπολογιστών για σύνθετους βαρυτικούς υπολογισμούς που αναπτύχθηκε στην ομάδα του Kroupa. Επειδή με την MOND, η έλξη ενός σώματος εξαρτάται όχι μόνο από τη δική του μάζα, αλλά και από το αν άλλα αντικείμενα βρίσκονται στην περιοχή του.

Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν το λογισμικό αυτό για να προσομοιώσουν το σχηματισμό των αστεριών και των γαλαξιών, ξεκινώντας από ένα νέφος αερίων αρκετές εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια μετά το Big Bang. “Από πολλές απόψεις, τα αποτελέσματά μας είναι πολύ κοντά σε αυτά που παρατηρούμε στην πράξη με τα τηλεσκόπια”, εξηγεί ο Kroupa. Για παράδειγμα, η κατανομή και η ταχύτητα των αστεριών στους γαλαξίες που παράγονται από υπολογιστή ακολουθούν το ίδιο μοτίβο που παρατηρείται στον νυχτερινό ουρανό. “Επιπλέον, η προσομοίωση μας είχε σαν αποτέλεσμα κυρίως το σχηματισμό περιστρεφόμενων δίσκων γαλαξιών όπως ο Γαλαξίας και σχεδόν όλοι οι άλλοι μεγάλοι γαλαξίες που γνωρίζουμε», λέει ο επιστήμονας. “Οι προσομοιώσεις με σκοτεινή ύλη, από την άλλη πλευρά, δημιουργούν κυρίως γαλαξίες χωρίς χωριστούς δίσκους ύλης – μια διαφορά στις παρατηρήσεις που είναι δύσκολο να εξηγηθούν”.

Οι υπολογισμοί που βασίζονται στην ύπαρξη της σκοτεινής ύλης είναι επίσης πολύ ευαίσθητοι στις μεταβολές ορισμένων παραμέτρων, όπως η συχνότητα των υπερκαινοφανών και η επίδρασή τους στην κατανομή της ύλης στους γαλαξίες . Στη προσομοίωση MOND, ωστόσο, αυτοί οι παράγοντες δεν έπαιξαν κάποιο ρόλο.

Ωστόσο, τα πρόσφατα δημοσιευθέντα αποτελέσματα από τους επιστήμονες δεν ανταποκρίνονται στην πραγματικότητα σε όλα τα σημεία. “Η προσομοίωση μας είναι μόνο ένα πρώτο βήμα”, τονίζει ο Kroupa. Για παράδειγμα, οι επιστήμονες έχουν μέχρι στιγμής διατυπώσει πολύ απλές υποθέσεις σχετικά με την αρχική κατανομή της ύλης και τις συνθήκες στο νεαρό σύμπαν. “Τώρα θα πρέπει να επαναλάβουμε τους υπολογισμούς και να συμπεριλάβουμε πιο πολύπλοκους παράγοντες επηρεασμού. Τότε θα δούμε αν η θεωρία MOND εξηγεί πραγματικά την πραγματικότητα”.

Πηγή

About the author

Δ.Μ.

Share