Το νεαρό Σύμπαν ήταν εκπληκτικά δομημένο

Πηγή: ESO, 2 Μαρτίου 2005

Μια ομάδα ευρωπαίων αστρονόμων έχει ανακαλύψει ένα ιδιαίτερα δομημένο σμήνος χιλιάδων γαλαξιών σε μια απίστευτη απόσταση: 9 δισεκατομμυρίων ετών μακριά μας. Με άλλα λόγια, αυτή η δομή είχε υψηλή εξέλιξη μόνο λίγα δισεκατομμύρια χρόνια μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη, μια κατάσταση που πρέπει να είναι αδύνατη, σύμφωνα με τις τρέχουσες θεωρίες. Και είναι απίστευτο, ότι μερικοί από τους γαλαξίες στο σμήνος είναι κόκκινοι και ελλειπτικοί, κάτι που δείχνει ότι ήταν ήδη πολύ μεγάλης ηλικίας, μερικών δισεκατομμυρίων ετών.

Συνδυάζοντας τις παρατηρήσεις με το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο (VLT) της ESO και το παρατηρητήριο των ακτίνων-X XMM-Newton της ESA, οι αστρονόμοι έχουν ανακαλύψει την πιο απόμακρη και την πιο ογκώδη δομή στον Κόσμο που γνωρίζουμε μέχρι τώρα.

Είναι ένα μακρινό σμήνος γαλαξιών που η μάζα της βρέθηκε να είναι αρκετές χιλιάδες φορές αυτή του Γαλαξία μας, ενώ βρίσκεται τουλάχιστον 9.000 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά.

Οι εικόνες από το VLT αποκαλύπτουν ότι περιέχει κοκκινωπούς και ελλειπτικούς, δηλ. παλαιούς, γαλαξίες. Είναι ενδιαφέρον ότι το ίδιο το σμήνος εμφανίζεται να είναι σε μια πολύ προηγμένη κατάσταση ανάπτυξης. Πρέπει επομένως, να έχει σχηματιστεί όταν ο Κόσμος ήταν μικρότερος από το ένα τρίτο της σημερινής ηλικίας του (13,7 δισεκατομμυρίων ετών).

Η ανακάλυψη μιας τέτοιας σύνθετης και ώριμης δομής που υπήρχε τόσο νωρίς στην ιστορία του Κόσμου είναι ιδιαίτερα εκπληκτική. Πράγματι, μέχρι σήμερα εθεωρείτο αδύνατο να συμβαίνει κάτι τέτοιο.

Ανακάλυψη στα αρχεία

Τα σμήνη των γαλαξιών είναι γιγαντιαίες δομές που περιέχουν εκατοντάδες χιλιάδες γαλαξίες. Είναι οι θεμελιώδεις δομικές μονάδες του Σύμπαντος και η μελέτη τους δίνει μοναδικές πληροφορίες για την κρυμμένη αρχιτεκτονική συνολικά του σύμπαντος.

Περίπου το ένα πέμπτο της οπτικά αόρατης μάζας ενός σμήνους είναι υπό μορφή διάχυτου, πολύ καυτού αερίου, σε μια θερμοκρασία αρκετών δεκάδων εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου. Αυτό το αέριο εκπέμπει ισχυρή ακτινοβολία ακτίνων X και τα σμήνη των γαλαξιών επομένως ανακαλύπτονται καλύτερα με τη βοήθεια των δορυφόρων των ακτίνων X.

Για αυτόν τον λόγο μια ομάδα αστρονόμων έχει αρχίσει μια αναζήτηση για πιο απόμακρα λαμπερά στις ακτίνες-Χ σμήνη, που βρίσκονται στα αρχεία των στοιχείων τα οποία έχουν ληφθεί με το δορυφορικό παρατηρητήριο XMM-Newton της ESA.

Έτσι, μελετώντας τις παρατηρήσεις του XMM-Newton στον κοντινό ενεργό γαλαξία NGC 7314, οι αστρονόμοι βρήκαν στοιχεία για ένα σμήνος γαλαξιών στο υπόβαθρο, μακριά έξω στο διάστημα. Αυτή η πηγή, που τώρα της δόθηκε το όνομα XMMU J2235.3-2557, εμφανίστηκε εκτεταμένη και πολύ εξασθενημένη: λιγότερα από 280 φωτόνια ακτίνων-X ανιχνεύθηκαν σε παρατηρήσεις των 12 ωρών.

Ένα ώριμο σμήνος με ερυθρή μετατόπιση 1,4

Ξέροντας λοιπόν πού να ψάξουν, ακολούθως οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητήριου (VLT) στην περιοχή  Paranal της Χιλής για να πάρουν εικόνες στην ορατή περιοχή. Επιβεβαίωσαν έτσι τη φύση αυτού του σμήνους και ήταν δυνατό να προσδιοριστούν 12 σχετικά φωτεινοί γαλαξίες στις εικόνες.

Οι γαλαξίες εμφανίζονται κοκκινωποί και είναι ελλειπτικού τύπου. Περιέχουν δε πολύ παλιά κόκκινα άστρα. Όλα αυτά δείχνουν ότι αυτοί οι γαλαξίες είναι ήδη αρκετών δισεκατομμυρίων ετών. Επιπλέον, το ίδιο το σμήνος έχει μία κατά ένα μεγάλο μέρος σφαιρική μορφή, άλλο ένα σημάδι ότι είναι ήδη μια πολύ ώριμη δομή.

Προκειμένου να καθοριστεί η απόσταση του σμήνους - και ως εκ τούτου η ηλικία του - ο Christopher Mullis, του πανεπιστημίου του Μίτσιγκαν στις ΗΠΑ χρησιμοποίησε και πάλι το VLT, αλλά τώρα με το φασματοσκοπικό τρόπο. Με τη βοήθεια ειδικών οργάνων (FORS) οι αστρονόμοι έκαναν φασματικές μετρήσεις σε μεμονωμένους γαλαξίες του σμήνους, ανακαλύπτοντας τα γενικά χαρακτηριστικά τους, ειδικότερα την ερυθρή μετατόπιση (redshift) και ως εκ τούτου, την απόσταση τους.

Τα όργανα FORS είναι από τα πιο αποδοτικά φασματικά όργανα που μπορούν να πάρουν λεπτομερή φάσματα 30 ή και περισσότερων γαλαξιών κάθε φορά.

Με το VLT μέτρησαν το  redshift αυτού του σμήνους και το βρήκαν 1,4, που δείχνει να βρίσκεται σε μια απόσταση 9 δισεκατομμυρίων ετών φωτός, 500 εκατομμύρια έτη φωτός πιο μακριά από το προηγούμενο σμήνος που είχαν μελετήσει.

Στην αστρονομία, η ερυθρή μετατόπιση δείχνει πόσο μετατοπίστηκαν οι γραμμές στο φάσμα ενός αντικειμένου προς τα πιο μεγάλα μήκη κύματος. Δεδομένου ότι το redshift ενός κοσμολογικού αντικειμένου αυξάνεται με την απόσταση, η ερυθρή μετατόπιση ενός μακρινού γαλαξία μας δίνει, επίσης, και μια εκτίμηση της απόστασής του. 

Αυτό σημαίνει ότι το σμήνος αυτό πρέπει να έχει σχηματιστεί όταν το Σύμπαν ήταν λιγότερο από το ένα τρίτο της σημερινής ηλικίας του. Το Σύμπαν θεωρείται τώρα ότι είναι 13, 7 δισεκατομμυρίων ετών. Και οι αστροφυσικοί εκπλήσσονται επειδή βλέπουν μια πλήρως αναπτυγμένη δομή (ένα ολόκληρο δίκτυο αστεριών και γαλαξιών) σε μια τέτοια πρόωρη εποχή του Κόσμου, λίγα δισεκατομμύρια χρόνια μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη.

Και ο Piero Rosati, μέλος της ομάδας  του ESO, λέει ότι "Το Σύμπαν μεγάλωσε γρήγορα!"

Η επιστημονική ομάδα πραγματοποιεί τώρα λεπτομερείς παρατηρήσεις με τη βοήθεια διαστημικών και επίγειων παρατηρητηρίων. Ελπίζουν να βρουν περισσότερα σμήνη σε υπερβολικά μεγάλες αποστάσεις, που θα τους επέτρεπαν να εξετάσουν τις ανταγωνιστικές θεωρίες περί του σχηματισμού και της εξέλιξης τέτοιων μεγάλων δομών.

Ονειρεύονται δε τη στιγμή που θα χρησιμοποιήσουν πολύ εξελιγμένα όργανα (APEX) σε μελλοντικά γήινα παρατηρητήρια, όπως  είναι το Μεγάλο Δίκτυο Χιλιοστόμετρου Atacama. Με αυτά ελπίζουν να ανακαλύψουν μερικές από τις πιο θεμελιώδεις ιδιότητες του Σύμπαντος.

Οι επιστήμονες μέχρι σήμερα πίστευαν ότι τέτοιου είδους μεγάλοι σχηματισμοί χρειάζονταν πολύ περισσότερο χρόνο για να αναπτυχθούν. Έτσι, οι αστροφυσικοί έχουν ήδη προτείνει τις κατευθύνσεις στις οποίες θα πρέπει να αναζητήσουμε τις απαντήσεις για την παρατήρηση τόσο ώριμων γαλαξιών σε μεγάλες αποστάσεις.

Είναι οι μελανές οπές και η σκοτεινή ύλη. Πραγματικά, η ύπαρξη πληθώρας μελανών οπών στην πρώιμη ιστορία του Σύμπαντος θα μπορούσε να ευνοήσει την ταχεία εξέλιξη των πρώτων γαλαξιών, αλλά κανένας μέχρι στιγμής δεν μπορεί να εξηγήσει πώς δημιουργήθηκαν αυτές οι μελανές οπές και πού είναι σήμερα κρυμμένες και δεν τις βλέπουμε.

Μια άλλη πιθανή εξήγηση θα μπορούσε να εξαρτάται από τις, άγνωστες ως τώρα, ιδιότητες της σκοτεινής ύλης. Σήμερα γνωρίζουμε ότι το μεγαλύτερο μέρος της ύλης στο Σύμπαν δεν ακτινοβολεί και άρα δεν είναι δυνατό να το παρατηρήσουμε. Κανένας δεν γνωρίζει μέχρι στιγμής από τι αποτελείται αυτή η σκοτεινή ύλη, είναι σίγουρο όμως ότι αυτή συμπυκνώθηκε πρώτη για τη δημιουργία αόρατων σε μας γαλαξιών, οι οποίοι στη συνέχεια προσέλκυσαν και τη φωτεινή ύλη που παρατηρούμε σήμερα. Ίσως λοιπόν οι ιδιότητες της σκοτεινής ύλης να ευνόησαν τη γρήγορη εξέλιξη των γαλαξιών.

Όποια και αν είναι η σωστή απάντηση στον γρίφο της δημιουργίας των γαλαξιών, θα χρειαστεί σημαντική πειραματική και θεωρητική προσπάθεια για να την ανακαλύψουμε.

Home