Σκοτεινή ύλη βρέθηκε στους πυρήνες παλαιών γαλαξιών

Πηγή:RedNova, 7 Απριλίου 2005

Εικόνα του γιγαντιαίου ελλειπτικού γαλαξία NGC 6482  από το παρατηρητήριο των ακτίνων-Χ, Chandra

Ερευνητές στο πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ έχουν χρησιμοποιήσει τη νέα γενεά των διαστημικών παρατηρητήριων των ακτίνων-X για να μελετήσουν παλαιούς ή απολιθωμένους γαλαξίες - αρχαίες ομάδες γαλαξιών στις οποίες όλοι οι μεγάλοι γαλαξίες έχουν συγχωνευτεί βαθμιαία για να σχηματίσουν έναν κεντρικό γιγαντιαίο γαλαξία.

Εκεί οι αστρονόμοι ανακάλυψαν μια αξιοπρόσεκτη συγκέντρωση της σκοτεινής και της κανονικής ύλης στους πυρήνες αυτών των απομονωμένων αστρικών συστημάτων, σε αντίθεση με την κατανομή της μάζας στις κανονικές ομάδες των γαλαξιών.

Πολλοί γαλαξίες, συμπεριλαμβανομένου και του Γαλαξία μας, σχηματίζουν ομάδες. Μερικές φορές συγκρούονται με άλλα μέλη της ομάδας των γαλαξιών. Οι προσομοιώσεις στους υπολογιστές προβλέπουν ότι τέτοιες αλληλεπιδράσεις αναγκάζουν τους μεγάλους γαλαξίες να κινηθούν αργά σπειροειδώς προς το κέντρο της ομάδας, όπου μπορούν να συγχωνευτούν για να διαμορφώσουν έναν ενιαίο γιγαντιαίο γαλαξία, ο οποίος 'καταπίνει' σταδιακά όλους τους γείτονές του.

Δεδομένου ότι πολλές ομάδες γαλαξιών κατέχουν εκτεταμένους φωτοστεφάνους (άλως) από καυτό αέριο και σκοτεινής ύλης, έχει προβλεφτεί εδώ και δέκα χρόνια, ότι πρέπει να υπάρχει μια κατηγορία συστημάτων, που ονομάζονται απολιθωμένες ομάδες, στις οποίες όλοι οι σημαντικότεροι γαλαξίες έχουν συγχωνευτεί για να διαμορφώσουν έναν κεντρικό γιγαντιαίο γαλαξία. Αυτός δε θα περιβαλλόταν από ένα λαμπρό νέφος  καυτού αερίου που θα εκπέμπει ακτίνες-Χ, που θα διαστέλλεται σε πολύ μεγάλες αποστάσεις.

Όταν ανακαλύψαμε αρχικά τους μεγάλους φωτοστεφάνους από καυτό αέριο στο οποίο  ενσωματώνονται μερικές πολύ συμπαγείς ομάδες γαλαξιών, συνειδητοποιήσαμε ότι σε λίγα δισεκατομμύρια χρόνια εξέλιξης, θα έμενε μια ενιαία, γιγαντιαία, συγχωνευμένων γαλαξιών, που θα βρισκόταν στο κέντρο ενός φωτεινού φωτοστεφάνου ακτίνων-X, λέει ο Trevor Ponman, επικεφαλής της ομάδας του Μπέρμιγχαμ, ο οποίος αφού έκανε αυτήν την πρόβλεψη μετά ανακάλυψε την πρώτη απολιθωμένη ομάδα το 1994.

Οι θεωρίες, επίσης, πρότειναν ότι οι απολιθωμένες ομάδες των γαλαξιών που πέφτουν σε ακόμα μεγαλύτερες συστάδες γαλαξιών μπορούν να αποτελέσουν τους γιγαντιαίους ελλειπτικούς γαλαξίες, που βρίσκονται συχνά στα κέντρα τέτοιων σμηνών.

Η ομάδα του Μπέρμιγχαμ έχει παρατηρήσει έξι πιθανές απολιθωμένες ομάδες γαλαξιών τα προηγούμενα δύο χρόνια, που εκμεταλλεύονται το διαστημικό παρατηρητήριο των ακτίνων-X Chandra της NASA και την υψηλή ευαισθησία του διαστημικού παρατηρητηρίου XMM-Newton της ESA. Οι έξι απολιθωμένες ομάδες βρίσκονται σε απόσταση μέχρι δύο δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη. Ο κύριος στόχος της ομάδας ήταν να ερευνήσουν τους μηχανισμούς με τους οποίους  διαμορφώνονται οι απολιθωμένες ομάδες και οι γιγαντιαίοι ελλειπτικοί γαλαξίες.

Το κλειδί για τη μελέτη ήταν η κατανομή της σκοτεινής ύλης στις απολιθωμένες ομάδες. Αυτή η μυστήρια ύλη περιλαμβάνει πάνω από το 80 τοις εκατό της μάζας του σύμπαντος, όμως η φύση της είναι άγνωστη. Η σκοτεινή ύλη δεν έχει ανιχνευθεί ποτέ άμεσα, αλλά η παρουσία της προκύπτει μέσω της βαρυτικής επίδρασης της στην κανονική ύλη.

Ο μεγάλος ελλειπτικός γαλαξίας NGC 6482 παρουσίασε ειδικό ενδιαφέρον για την ομάδα, επειδή είναι η πλησιέστερη γνωστή απολιθωμένη ομάδα, και θα μπορούσε να μελετηθεί με μεγάλη λεπτομέρεια. Αυτός ο απομονωμένος γίγαντας, που λάμπει σαν 110 δισεκατομμύρια ήλιους, βρίσκεται 100 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά στον αστερισμό του Ηρακλή.

Με το φασματόμετρο απεικόνισης CCD του Chandra , οι Habib Khosroshahi, Trevor Ponman και Laurence Jones, έκαναν παρατηρήσεις του καυτού αερίου για να επισημάνουν την κατανομή της σκοτεινής ύλης στον NGC 6482. Το αέριο θερμαίνεται σε μια θερμοκρασία 10 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου, φαινόμενο που κυρίως οφείλεται στη θέρμανση λόγω του φαινομένου κλονισμού, ως το αποτέλεσμα της βαρυτικής κατάρρευσης.

Σε μια συνεδρίαση της Αστρονομικής Εταιρείας RAS στο Μπέρμιγχαμ, ο Habib Khosroshahi περιέγραψε την ανακάλυψη μιας αξιοπρόσεκτης συγκέντρωσης της σκοτεινής ύλης στον πυρήνα του NGC 6482. Ο Khosroshahi περιέγραψε, επίσης, δύο ακόμα παραδείγματα υψηλής συγκέντρωσης μάζας στους πιο ογκώδεις και πιο απόμακρους απολιθωμένους γαλαξίες που μελετήθηκαν και από το Chandra και από το XMM-Newton , αν και η περίπτωση του NGC 6482 είναι μοναδική, επειδή είναι δυνατό να εξεταστεί το κέντρο του συστήματος με πολύ υψηλή ακρίβεια.

Σύμφωνα με τον Khosroshahi, η συγκέντρωση της μάζας στο κέντρο αυτών των αρχαίων ομάδων γαλαξιών, που είναι συνήθως υπό μορφή σκοτεινής ύλης, βρέθηκε να είναι πέντε φορές υψηλότερη απ' ό,τι στις κανονικές ομάδες γαλαξιών με παρόμοια μάζα και μέγεθος φωτοστεφάνου. Αυτή η κεντρική συγκέντρωση της μάζας ενισχύει την άποψη ότι οι απολιθωμένες ομάδες, όπως ο NGC 6482, είναι πολύ παλαιές δομές που κατέρρευσαν πολύ πριν σχηματιστούν οι συνηθισμένες ομάδες γαλαξιών. "Η εξήγηση για μια τέτοια συγκεντρωμένη κατανομή σκοτεινή ύλης μπορεί να είναι ότι το σύστημα που σχηματίστηκε θα μπορούσε να έχει πολύ υψηλή ερυθρή μετατόπιση (redshift) όταν ο Κόσμος ήταν πολύ νέος και πυκνός, εξηγεί ο Khosroshahi.

Το μεγάλο πλεονέκτημα των απολιθωμένων ομάδων έναντι των κανονικών ομάδων είναι ότι δεν πραγματοποιείται καμία σημαντική αλληλεπίδραση γαλαξιών, που να μπορεί να προκαλέσει κίνηση του καυτού αερίου, πρόσθεσε. Επομένως, είναι ιδανικά εργαστήρια για να μελετήσουμε τις ιδιότητες της ορατής ύλης υπό μορφή αερίου και αστεριών, καθώς επίσης και την σκοτεινή ύλη.