Οι αστρονόμοι ανακαλύπτουν την ύλη βαρυονίων που φαινόταν να λείπει από τους γαλαξίες

Από την ιστοσελίδα PhysicsWeb, 12 Φεβρουαρίου 2003

Οι αστροφυσικοί πιθανόν να βρήκαν κάποια ποσότητα από την ύλη που φαίνεται να να λείπει από τον γαλαξία μας. Ο Fabrizio Nicastro από το Κέντρο Αστροφυσικής Harvard-Smithsonian και οι συνάδελφοί του από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Ohio και το Observatorio Astronomico di Monteporzio στην Ιταλία πιθανόν να ανακάλυψαν την ύλη που λείπει σε νέφη σκόνης γύρω από τον Γαλαξία. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτή η δεξαμενή της συνηθισμένης η "βαρυονικής" ύλης μπορεί να είναι τμήμα της αρχικής ύλης από την οποία δημιουργήθηκε ο Γαλαξίας μας και οι γείτονές του. (Βλέπε F Nicastro και άλλοι. 2003 Nature 421 719)

Οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι τα βαρυόνια αποτελούν μόνο το 4% της ολικής πυκνότητας για την μάζα-ενέργεια στο Σύμπαν. Όμως τα βαρυόνια που ανιχνεύονται στις κοντινές προς τον γαλαξία μας περιοχές, δηλαδή στις περιοχές με μικρή μετατόπιση προς το ερυθρό του φάσματός τους (z<1), είναι πολύ λιγότερα από τα βαρυόνια που ανιχνεύονται σε ίσου όγκου μακρινές περιοχές του Σύμπαντος, εκείνες με μεγάλες μετατοπίσεις προς το ερυθρό (z>1). Πιο συγκεκριμένα, τα άστρα, οι γαλαξίες, τα γαλαξιακά νέφη και οι θερμές περιοχές πλάσματος που εκπέμπουν ακτίνες Χ στο κοντινό Σύμπαν, φτάνουν μόνο στο 1/3 της αναμενόμενης βαρυονικής πυκνότητας.  Εξομοιώσεις του σχηματισμού των γαλαξιών, προβλέπουν ότι ένας μεγάλος αριθμός αυτών των βαρυονίων μπορεί να έχει διαφύγει της παρατήρησής μας γιατί είναι μεγάλης θερμοκρασίας και πολύ μικρής πυκνότητας. 

Ένας τρόπος ανίχνευσης αυτής της βαρυονικής ύλης είναι να ψάξουμε για χαρακτηριστικές γραμμές απορρόφησης στο  υπεριώδες, στα φάσματα των κβάζαρς, οι οποίες ανήκουν σε διάφορα στοιχεία. Τουλάχιστον το 82% των απορροφητών αυτών δεν σχετίζεται με το ατομικό υδρογόνο και τις ενώσεις του, μέσα στον γαλαξία μας, και συνεπώς εικάζουν ότι πρέπει να σχετίζεται με πρωταρχικά θερμά έως πολύ θερμά διαγαλαξιακά αέρια που περιβάλλουν σαν στέμμα τον γαλαξία μας αλλά και ολόκληρη την τοπική ομάδα γαλαξιών.  

Ο Nicastro και οι συνεργάτες του επικέντρωσαν την προσοχή τους στις φασματικές γραμμές απορρόφησης των ιόντων οξυγόνου (O⁵⁺), τις οποίες ανέλυσαν χρησιμοποιώντας δεδομένα από τον δορυφόρο FUSE, για το υπεριώδες με πολύ μικρά μήκη κύματος, τον CHANDRA, καθώς και τα παρατηρητήρια ακτίνων Χ XMM-Newton. Οι ερευνητές μέτρησαν την ακτινική (την απομακρυνόμενη από εμάς) ταχύτητα των νεφών οξυγόνου, όπως μετρείται από την μετατόπιση Doppler των φασματικών γραμμών. Κατ' αυτόν τον τρόπο μπόρεσαν να προσδιορίσουν τη θέση και προέλευση αυτών των νεφών μέσα στον γαλαξία. 

Η ομάδα βρήκε ότι οι μάζες του οξυγόνου που προκαλούν την απορρόφηση είχαν υψηλές ακτινικές ταχύτητες απομάκρυνσης, μεγαλύτερες από 100 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο. Η τιμή αυτή είναι πολύ μεγαλύτερη απ' ότι θα αναμέναμε για νέφη που περιορίζονται μόνο μέσα στα όρια του γαλαξία μας. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι το οξυγόνο που προκαλεί την απορρόφηση διαχέεται σε ολόκληρη την τοπική ομάδα γαλαξιών, που περιλαμβάνει και τον δικό μας Γαλαξία, την Ανδρομέδα και περίπου 30 άλλοι μικρότεροι γαλαξίες, και καταλαμβάνει μια περιοχή διαμέτρου περίπου 5 εκατομμυρίων ετών φωτός. 

Η μεγάλη έκταση που καταλαμβάνει αυτό το θερμό αέριο συμφωνεί αρκετά καλά με την πολύ μικρή πυκνότητα αερίων, όπως συνάγεται από τα φάσματα απορρόφησης του οξυγόνου στην περιοχή των ακτίνων Χ. Η συνολική μάζα αυτού του ιονισμένου αερίου συγκρίνεται με τη μάζα της τοπικής ομάδας γαλαξιών. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι η ολική μάζα των βαρυονίων στην περιοχή αυτή είναι περίπου 10¹² ηλιακές μάζες, που είναι η τάξη μεγέθους που χρειαζόμαστε για να εξηγήσουμε την σταθερότητα που υπάρχει στην τοπική ομάδα γαλαξιών. Η μάζα αυτή θα μπορούσε να αντιστοιχεί στο 100% των βαρυονίων που φαίνονται να λείπουν από την τοπική ομάδα. 

Τα σημερινά κοσμολογικά μοντέλα υποδεικνύουν ότι το 4% της ολικής μάζας του Σύμπαντος αποτελείται από βαρυόνια. Αυτή είναι η συνηθισμένη ύλη με την οποία είναι φτιαγμένα τα άστρα, οι πλανήτες και γενικά ο κόσμος γύρω μας. Αλλά σχεδόν τα 2/3 αυτής της αναμενόμενης πυκνότητας της μάζας, πρέπει να εξηγήσουμε που βρίσκονται. Η έρευνα τώρα δείχνει ότι ένα ουσιώδες μέρος από τα βαρυόνια που λείπουν, μπορεί να κρύβεται στα γιγαντιαία νέφη των διαγαλαξιακών αερίων που περιβάλλουν τον γαλαξία μας και τους άλλους γαλαξίες.