Βρέθηκε κάποια ποσότητα από χαμένη ύλη του σύμπαντος;

Πηγή: Chandra, 3 Φεβρουαρίου 2005

Κάποια ποσότητα χαμένης 'κανονικής' ύλης του σύμπαντος βρέθηκε κρυμμένη  σε νέφη καυτού αερίου μεταξύ γαλαξιών, σύμφωνα με ερευνητές,  που δημοσίευσαν την έρευνα τους στο Βρετανικό επιστημονικό περιοδικό Nature.

Μόνο το 5% του σύμπαντος θεωρείται ότι φτιάχνεται από 'κανονική' ύλη, όπως είναι τα άτομα και τα μόρια, αλλά οι επιστήμονες βρίσκουν μόνο τη μισή από την αναμενόμενη ποσότητα.

Ο Fabrizio Nicastro του Κέντρου Smithsonian για την Αστροφυσική του Harvard παρατήρησε ένα μακρινό κβάζαρ στις ακτίνες-Χ που ονομάζεται Markarian 421 καθώς αυτές πέρασαν μέσω μιας περιοχής από καυτό αέριο. Οι περιοχές αυτές των νεφών βρίσκονται σε αποστάσεις 150 έως 370 εκατομμυρίων ετών φωτός, ενώ οι θερμοκρασία τους φτάνει το 1.000.000 βαθμούς.

Οι ακτίνες-X απορροφήθηκαν από ιονισμένα άτομα οξυγόνου, άνθρακα και αζώτου, που κανονικά ήταν 'αόρατα', τοποθετημένα σε διάφορες αποστάσεις από τη Γη. Έτσι στο φάσμα των ακτίνων-Χ εμφανίστηκαν μειώσεις που δείχνουν ότι σε αυτές τις περιοχές υπάρχει αρκετή συνηθισμένη (βαρυονική) ύλη στο αέριο το οποίο βρίσκεται τόσο στο δικό μας γαλαξία όσο και σε πιο μακρινούς. Οι επιστήμονες δε λένε ότι η ύλη, που υπολογίζεται ότι υπάρχει εκεί, είναι η μάζα που δεν μπορούσε να ανευρεθεί.

Τα στοιχεία από τις απορροφήσεις των ακτίνων-Χ από το καυτό αέριο συνδυάστηκαν με παρατηρήσεις στην υπεριώδη περιοχή του φάσματος για να υπολογιστεί η συνολική ποσότητα του αερίου (ιόντων και ατόμων) που κρυβόταν στα μακρινά νεφελώματα. Τα στοιχεία επίσης δείχνουν ότι τα νέφη αυτά έχουν πλάτος περίπου 2 εκατομμυρίων ετών φωτός και περιέχουν μια τεράστια ποσότητα μάζας.

Το πρόβλημα της 'χαμένης ύλης' του σύμπαντος - δεν πρέπει να συγχέεται με την σκοτεινή ύλη ή την σκοτεινή ενέργεια - ανακαλύφθηκε όταν πολλές μετρήσεις έδωσαν στους αστροφυσικούς μια καλή εκτίμηση του αριθμού των ιόντων και ατόμων στο Σύμπαν πριν 10 δισεκατομμύρια χρόνια.

Εντούτοις, ο υπολογισμός όλων των ατόμων και των ιόντων στα αστέρια και τα αέρια μέσα και έξω από τους γαλαξίες στη σημερινή εποχή, έδειξε να υπάρχει  μόνο η μισή ύλη από αυτήν που ήταν παρούσα πριν από 10 δισεκατομμύρια χρόνια. Δηλαδή, δεν βρίσκονταν πουθενά!

Υποθέτοντας ότι το μέγεθος και η κατανομή της απορρόφησης από τα νέφη των διαγαλαξιακών ακτίνων-X, όπως την ανακάλυψε το Chandra, είναι αντιπροσωπευτικό δείγμα όλου του Κόσμου, μπορεί να αποδειχθεί ότι τα περισσότερα εάν όχι κι όλα τα χαμένα άτομα και ιόντα είναι κρυμμένα εκεί μέσα στα καλά κρυμμένα νέφη.

"Είναι δύσκολο να ξέρει κάποιος αν αυτή η περιοχή είναι χαρακτηριστική ολόκληρου του σύμπαντος", λέει ο Michael Shull του πανεπιστημίου του Κολοράντο, σε ένα σχόλιο του στο Nature. "Δυστυχώς, τα περισσότερα κβάζαρ δεν είναι αρκετά φωτεινά για να δώσουν τέτοια στοιχεία υψηλής ποιότητας."

Τα επιστημονικά μοντέλα προβλέπουν ότι το 95% του σύμπαντος αποτελείται από την σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια, οι επιδράσεις των οποίων μπορούν να διακριθούν από τη κίνηση των αστεριών και των γαλαξιών, λόγω της βαρύτητας.

Βασικές πληροφορίες για τα κβάζαρ

Τα κβάζαρ είναι από τα πιο μακρινά και λαμπρά αντικείμενα του σύμπαντος, που το καθένα τους εκπέμπει ενέργεια εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη από ένα γιγαντιαίο γαλαξία. Βρίσκονται σε εξαιρετικά μεγάλες αποστάσεις από μας και αντιπροσωπεύουν έτσι το σύμπαν, όπως ήταν σε μια σχετικά νεαρή ηλικία, η δε απόσταση τους υπολογίζεται από την μεγάλη μετατόπιση που παρουσιάζει το φάσμα τους προς το ερυθρό. Πρωτοανακαλύφθηκαν το 1960, όταν οι αστρονόμοι έψαχναν για πολύ ισχυρές ραδιοπηγές. Γι' αυτόν το λόγο ονομάστηκαν QUAsi-stellAR (ημιαστρικές ραδιοπηγές) ή ημιαστέρες. Σήμερα ξέρουμε πως δεν έχουν καμιά ομοιότητα με τους αστέρες αν και στις φωτογραφίες μοιάζουν.

Αν και υπήρχαν πολλές θεωρίες για την προέλευση τους, σήμερα πιστεύουμε πως οι κβάζαρ είναι πυρήνες γαλαξιών οι οποίοι περιέχουν στο κέντρο τους μια μεγάλη μαύρη τρύπα. Η μαύρη τρύπα έλκει αέρια από τον γαλαξία που την περιβάλλει, τα οποία, λόγω της έλξης, αποκτούν στροφορμή και πολύ συχνά σχηματίζουν ένα δίσκο συσσώρευσης γύρω από αυτή.

Καθώς ο δίσκος συσσώρευσης περιστρέφεται, τα αέρια και η σκόνη του θερμαίνονται όλο και περισσότερο, εξαιτίας της βαρύτητας και της τριβής. Αυτό είναι που δημιουργεί την έντονη ακτινοβολία. Πολύ συχνά οι δίσκοι συσσώρευσης των κβάζαρ συνοδεύονται από δύο πίδακες, έναν σε κάθε πλευρά τους. Οι πίδακες αυτοί είναι μαγνητισμένα νέφη ηλεκτρονίων που κινούνται με σχετικιστικές ταχύτητες.

Τα κβάζαρ ανήκουν σ' εκείνη την κατηγορία των ουράνιων σωμάτων που ονομάζουμε "ενεργούς" γαλαξίες. Αν και δεν ξεπερνούν κατά πολύ σε μέγεθος τον ήλιο, είναι εκατοντάδες φορές πιο λαμπροί από τον ίδιο τον Γαλαξία μας και εκπέμπουν σε μια ευρεία περιοχή του φάσματος: από το υπέρυθρο μέχρι την περιοχή των ακτίνων-Χ ή και σπανιότερα των ακτίνων-γ.

Τα κβάζαρ είναι μια κατηγορία αντικειμένων που βρίσκονται σε εξαιρετικά μεγάλες αποστάσεις από μας και αντιπροσωπεύουν έτσι το σύμπαν, όπως ήταν σε μια σχετικά νεαρή ηλικία. Είναι πραγματικά εξαιρετικά φωτεινά σώματα (λαμβάνοντας υπ' όψιν τις αποστάσεις τους από μας) και αυτή η τρομερή λαμπρότητα τους, αποτελεί μια πρόκληση για να την εξηγήσουμε. Οι αστρονόμοι σκέφτονται ότι τα κβάζαρ λάμπουν λόγω της έντονης δραστηριότητας στους πυρήνες των νέων γαλαξιών, όπου υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες -με μάζα δισεκατομμύρια φορές εκείνης του ήλιου - τροφοδοτούν με 'καύσιμα' αυτά τις έντονα λαμπερές εκλάμψεις.