Γαλαξίες σαν το δικό μας, βρέθηκαν στην άκρη του Σύμπαντος

Από σελίδα του HARVARD-SMITHSONIAN CENTER FOR ASTROPHYSICS, 22 Ιανουαρίου 2003

Με τα γιγαντιαία τους τηλεσκόπια οι αστρονόμοι βλέπουν χρονικά προς τα πίσω, όταν άρχιζαν μόλις να συγχωνεύονται νεαροί γαλαξίες και όταν σχηματίζονταν οι πρώτες γενεές των αστεριών -- αστέρια χωρίς πλανήτες σε ένα βασίλειο όπου κυριαρχούσε το υδρογόνο και το ήλιο. Όμως μια βασική ερώτηση που έχει μπερδέψει τους αστρονόμους για δεκαετίες είναι: Πότε σχηματίστηκαν τα πρώτα αστέρια και γαλαξίες μετά την έναρξη της Μεγάλης Έκρηξης;

Οι αστρονόμοι Rennan Barkana (Πανεπιστήμιο του Τελ Αβίβ) και Avi Loeb (Κέντρο για την Αστροφυσική του Χάρβαρντ) έχουν βρει τις πρώτες άμεσες αποδείξεις ότι οι γαλαξίες, στο μέγεθος του Γαλαξία, ήδη είχαν διαμορφωθεί όταν το Σύμπαν ήταν ηλικίας κάτι λιγότερο από ένα δισεκατομμύριο ετών. 

"Κατά κάποιον τρόπο, είναι εκπληκτικό ότι τέτοιοι μεγάλοι γαλαξίες διαμορφώθηκαν τόσο γρήγορα. Οι περισσότεροι γαλαξίες τις πρώτες εποχές του Σύμπαντος ήταν μόνο το ένα εκατοστό αυτού του μεγέθους", αναφέρουν οι αστρονόμοι. "Αλλά το μοντέλο μας, που συνδυάζεται με τις παρατηρήσεις άλλων ερευνητών, παρέχει καθαρές αποδείξεις ότι οι μεγάλοι γαλαξίες υπήρξαν εντός ενός μικρού σχετικά χρόνου μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη".

Κατά σατανική σύμπτωση, οι μεγάλοι γαλαξίες που ανακαλύφθηκαν από τους Barkana και Loeb είναι ακόμα γύρω μας σήμερα. Κατά τη διάρκεια δισεκατομμυρίων των ετών, συνέχισαν να καταναλώνουν μικρότερους γαλαξίες. Το φαινόμενο αυτό αποτελεί ένα γνωστό κανιβαλισμό στο διάστημα. Αυτοί οι γαλαξιακοί κανίβαλοι έχουν προέλθει από τους σπόρους, που υπήρξαν σε έναν Κόσμο ηλικίας ενός δισεκατομμυρίου ετών, για να γίνουν τερατώδεις γιγαντιαίοι ελλειπτικοί γαλαξίες, στα κέντρα των σμηνών των γαλαξιών.

Απόμακροι φάροι

Για να μάθουν για τον αρχικό Κόσμο, οι αστρονόμοι μελετούν τα πιο απόμακρα αντικείμενα -- τα κβάζαρ το φως των οποίων έχει ταξιδέψει επί δισεκατομμύρια χρόνια για να φθάσει στη Γη. Τα κβάζαρ είναι τα λαμπρότερα γνωστά αστρονομικά αντικείμενα. Οι μεγάλες φωτεινότητές τους θεωρούνται ότι τροφοδοτούνται από τις υπερμεγέθεις μαύρες οπές. Μια μαύρη οπή ενεργεί ως η κεντρική "τροφοδοτική μηχανή" ενός κβάζαρ, καταπίνοντας τεράστια ποσά αερίου και εκτινάσσοντας τεράστια ποσά ακτινοβολίας στο διάστημα. Έτσι το κβάζαρ δημιουργεί ένα αναγνωριστικό σήμα ορατό σε  αποστάσεις δισεκατομμυρίων ετών φωτός.

Οι μελέτες των κοντινών γαλαξιών έχουν δείξει ότι μια μαύρη μάζα οπών τείνει να συσχετιστεί με τη μάζα του γαλαξία που την φιλοξενεί. Δηλαδή οι μεγάλοι γαλαξίες έχουν μεγάλες μαύρες οπές ενώ οι μικροί γαλαξίες έχουν μικρές μαύρες οπές. Οι αστρονόμοι ανέμειναν ότι το ίδιο πράγμα θα ήταν αληθινό και για τις πιο απόμακρες μαύρες τρύπες στο αρχικό Σύμπαν, αλλά δεν είχαν κανένα στοιχείο για να τα αποδείξουν. Όμως οι Barkana και Loeb μας έδωσαν αυτά τα στοιχεία.

Στη μελέτη των φασμάτων των κβάζαρ -- η ένταση του φωτός τους σε διαφορετικά μήκη κύματος -- οι αστρονόμοι είχαν καταγράψει ένα περίεργο χαρακτηριστικό γνώρισμα που δεν προσέλκυσε όμως την προσοχή τους. Ορισμένα κβάζαρ εμφάνισαν ένα σχήμα σαν το "διπλό-κέρατο" στα φάσματά τους. Οι Barkana και Loeb δημιούργησαν ένα μοντέλο σε υπολογιστές που εξήγησε αυτό το φασματικό χαρακτηριστικό γνώρισμα σαν το αποτέλεσμα της απορρόφησης από το αέριο υδρογόνο.

Το διαγαλαξιακό υδρογόνο που πέφτει στο γαλαξία που φιλοξενεί ένα κβάζαρ απορροφά κάποιο από το φως του κβάζαρ. Ακολούθως αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μετρήσει τη μάζα του γαλαξία που φιλοξενεί το κβάζαρ. Οι αστρονόμοι της έρευνας βρήκαν ότι τα δύο κβάζαρ που εξέτασαν, για τα οποία ήταν διαθέσιμα λεπτομερή φάσματα, βρίσκονταν σε γαλαξίες μεγέθους περίπου όσο και ο Γαλαξίας μας.

"Αυτή είναι η πρώτη φορά που μετρήθηκε  άμεσα η μάζα ενός νεαρού γαλαξία, μετά το Big Bang, στο Σύμπαν", αναφέρουν οι ερευνητές.

Άκρη ενός Κοσμικού παγόβουνου

Σύμφωνα με το ευρέως αποδεκτό ιεραρχικό μοντέλο του σχηματισμού των γαλαξιών, οι πρώτες δομές που σχηματίστηκαν τις πρώτες εποχές του Σύμπαντος ήταν μικροί πρωτογαλαξίες, που περιέχουν μάζα μερικές χιλιάδες μόνο φορές τη μάζα του ήλιου μας. Κατά τη διάρκεια δισεκατομμυρίων ετών, οι πρωτογαλαξίες συγκρούστηκαν για να διαμορφώσουν τους μεγαλύτερους γαλαξίες που βλέπουμε σήμερα. Αυτή η διαδικασία θέλει χρόνο, για αυτό και οι σχετικά μεγάλοι, οι γαλαξίες στο μέγεθος του δικού μας Γαλαξία, μπόρεσαν να σχηματισθούν σε λιγότερο από ένα δισεκατομμύριο χρόνια.

"Αυτό που βρήκαμε είναι η άκρη του παγόβουνου", αναφέρει ο Loeb. "Μελετήσαμε τα φωτεινότερα κβάζαρ και τα βρήκαμε να είναι στους πιο ογκώδεις γαλαξίες που υπήρχουν εκείνη την εποχή. Πολλοί μικρότεροι γαλαξίες ήταν επίσης γύρω, περιέχοντας μόνο το ένα εκατοστό της μάζας του Γαλαξία. Δεν βλέπουμε όμως εκείνους τους γαλαξίες βρέφη επειδή, ακόμα κι αν περιέχουν κβάζαρ, θα ήταν πιο εξασθενημένοι και δυσκολότερο για να ειδωθούν."

Ο Loeb επίσης επισημαίνει ότι, ενώ οι μάζες των γαλαξιών που φιλοξενούν τους φωτεινούς κβάζαρ ήταν παρόμοιες με το Γαλαξία μας, επίσης υπάρχει μια σημαντική διαφορά. "Ο Γαλαξίας μας έχει μια μικρή μαύρη τρύπα στο κέντρο του, που περιέχει μάζα μόνο τρία εκατομμύρια ηλιακές μάζες περίπου. Αυτοί οι πρόωροι γαλαξίες, ακόμα κι αν είχαν λιγότερο χρόνο για να διαμορφωθούν, περιέχουν μαύρες οπές μέχρι κι ένα δισεκατομμύριο ηλιακές μάζες".

Μέχρι τώρα, οι Barkana και Loeb έχουν εφαρμόσει το μοντέλο τους σε δύο υψηλά redshift κβάζαρ για τα οποία  ήταν διαθέσιματα υψηλής ευκρίνειας φάσματα. (Το redshift είναι ένα μέτρο του πόσο γρήγορα απομακρύνεται ένα αντικείμενο από μας, που οφείλεται στη διαστολή του Σύμπαντος. Υψηλότερα redshifts δείχνουν μεγαλύτερες ταχύτητες υποχώρησης και ως εκ τούτου μεγαλύτερες αποστάσεις). Απαιτούνται όμως υψηλής ευκρίνειας φασματικές παρατηρήσεις πρόσθετων κβάζαρ για να επιβεβαιώσουν το μοντέλο τους.

Αυτή η έρευνα αναφέρεται στην έκδοση του Nature, sτις 23 Ιανουαρίου 2003.