Ο κοσμικός χορός των μακρινών γαλαξιών

Πηγή: European Southern Observatory, 18 Μαρτίου 2006

Μελετώντας αρκετές δεκάδες απόμακρων γαλαξιών, μια διεθνής ομάδα αστρονόμων διαπίστωσε ότι οι γαλαξίες είχαν το ίδιο ποσό σκοτεινής ύλης σε σχέση με τα αστέρια πριν 6 δισεκατομμύρια χρόνια, όπως έχουν και τώρα. Εάν επιβεβαιωθεί, θα δείχνει μια πολύ πιο στενή αλληλεπίδραση μεταξύ της σκοτεινής και της κανονικής ύλης από όσο προηγουμένως πιστεύαμε. Οι επιστήμονες, επίσης, διαπίστωσαν ότι 4 από τους 10 γαλαξίες είναι εκτός ισορροπίας, που δείχνει ότι ακόμα υποφέρουν από τις συνέπειες της σύγκρουσης. Αυτά τα αποτελέσματα ρίχνουν ένα νέο φως στον τρόπο με τον οποίο διαμορφώνουν και εξελίσσονται οι γαλαξίες όταν το σύμπαν ήταν μόνο στη μισή από την σημερινή ηλικία του.

"Τα νέα αποτελέσματα που επιτεύχθηκαν με το GIRAFFE στο Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο VLT φαίνονται να δείχνουν ότι οι συγκρούσεις και οι συγχωνεύσεις είναι σημαντικές για το σχηματισμό και την εξέλιξη των γαλαξιών", ανέφερε ο François Hammer του Παρατηρητηρίου του Παρισιού και ένας από τους επικεφαλείς της έρευνας.

Εδώ, μια τέτοια σύγκρουση παρουσιάζεται στην εικόνα

Οι επιστήμονες ενδιαφέρθηκαν να ανακαλύψουν το πώς γαλαξίες που είναι μακριά - όπως φαίνονταν όταν ήταν το σύμπαν νεώτερο - αναπτύσσονται σε σχέση με τους διπλανούς τους. Ειδικότερα, θέλησαν να μελετήσουν τη σημασία της σκοτεινής ύλης στους γαλαξίες.

"Η σκοτεινή ύλη, που συνθέτει περίπου το 25% του κόσμου, είναι μια απλή λέξη για να περιγράψει κάτι που πραγματικά δεν καταλαβαίνουμε", τονίζει ο Hector Flores, μέλος της ομάδας. "Εξετάζοντας το πώς περιστρέφεται ο γαλαξίας, ξέρουμε ότι η σκοτεινή ύλη πρέπει να είναι παρούσα, ειδάλλως αυτές οι γιγαντιαίες δομές θα διαλύονταν".

Στους κοντινούς γαλαξίες, και στον Γαλαξία μας για αυτή την ύλη, οι αστρονόμοι έχουν διαπιστώσει ότι υπάρχει μια σχέση μεταξύ του ποσού της σκοτεινής ύλης και των συνηθισμένων άστρων: για κάθε χιλιόγραμμο υλικού μέσα σε ένα αστέρι υπάρχουν κατά προσέγγιση 30 χιλιόγραμμα σκοτεινής ύλης. Αλλά αυτή η σημερινή σχέση μεταξύ της σκοτεινής και της συνηθισμένης ύλης ήταν και κατά το παρελθόν έτσι;

Για να το ξέρουμε πρέπει να μετρήσουμε την ταχύτητα σε διαφορετικά τμήματα των απόμακρων γαλαξιών, ένα μάλλον δύσκολο πείραμα: οι προηγούμενες μετρήσεις ήταν ανίκανες στην πράξη να εξετάσουν αυτούς τους γαλαξίες με ικανοποιητικές λεπτομέρειες, επειδή έπρεπε να επιλέξουν οι αστρονόμοι μια ενιαία κατεύθυνση, σε όλο το γαλαξία.

Τα πράγματα άλλαξαν όμως με την ύπαρξη του πολυ-αντικειμένου φασματογράφου GIRAFFE, που εγκαταστάθηκε τώρα στο τηλεσκόπιο Kueyen των 8.2m στο VLT της ESO στο παρατηρητήριο Paranal (Χιλή).

Με έναν τρόπο, γνωστό ως "τρισδιάστατη φασματοσκοπία", αυτό το όργανο μπορεί να λάβει ταυτόχρονα φάσματα μικρότερων περιοχών σε εκτεταμένα αντικείμενα, όπως γαλαξίες ή νεφελώματα. Για αυτό το λόγο, χρησιμοποιούνται 15 δέσμες οπτικών ινών (IFU) για να κάνουν πολύ λεπτομερείς μετρήσεις των απόμακρων γαλαξιών. Κάθε IFU περιέχει μια σειρά μικροσκοπικών φακών με ένα άνοιγμα 3 X 2 arcsec² στον ουρανό. Είναι όπως το μάτι ενός εντόμου, με είκοσι φακούς-μικροϋπολογιστές που συνδέονται με τις οπτικές ίνες οδηγώντας το φως που καταγράφεται σε κάθε σημείο, στον φασματογράφο.

"Το GIRAFFE του VLT της ESO είναι το μόνο όργανο στον κόσμο που είναι σε θέση να αναλύσει ταυτόχρονα το φως που προέρχεται από 15 γαλαξίες και που καλύπτουν ένα οπτικό πεδίο σχεδόν τόσο μεγάλο όσο το γεμάτο φεγγάρι", εξηγεί ο Mathieu Puech, επικεφαλής μιας εργασίας που παρουσιάζει τα αποτελέσματα. "Κάθε γαλαξίας που παρατηρείται με αυτόν τον τρόπο είναι χωρισμένος σε συνεχόμενες μικρότερες περιοχές όπου λαμβάνονται συγχρόνως τα φάσματα τους."

Οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν το GIRAFFE για να μετρήσουν τις ταχύτητες περιοχών αρκετών δεκάδων απόμακρων γαλαξιών, που οδηγούν στην εκπληκτική ανακάλυψη ότι τουλάχιστον το 40% των απόμακρων γαλαξιών ήταν "εκτός ισορροπίας" - οι εσωτερικές κινήσεις τους ήταν πολύ διαταραγμένες - ένα πιθανό σημάδι ότι ακόμα παρουσιάζουν τις συνέπειες των συγκρούσεων μεταξύ των γαλαξιών.

Όταν οι παρατηρήσεις περιορίστηκαν μόνο σε εκείνους τους γαλαξίες που έχουν φθάσει προφανώς στην ισορροπία τους, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι η σχέση μεταξύ της σκοτεινής ύλης και του αστρικού περιεχομένου τους δεν εμφανίστηκε να εξελίσσεται και να αλλάζει κατά τη διάρκεια των τελευταίων 6 δισεκατομμυρίων ετών.

Χάρις λοιπόν στην έξοχη φασματική ανάλυση του, το GIRAFFE επιτρέπει επίσης για πρώτη φορά να μελετηθεί η κατανομή του αερίου ως συνάρτηση της πυκνότητάς του σε αυτούς τους απόμακρους γαλαξίες. Τα πιο θεαματικά αποτελέσματα αποκαλύπτουν πρώτον μια πιθανή εκροή του αερίου και της ενέργειας εξ αιτίας του έντονου σχηματισμού άστρων μέσα στο γαλαξία και δεύτερον μια γιγαντιαία περιοχή με πολύ καυτό αέριο σε έναν γαλαξία σε ισορροπία που παράγει πολλά αστέρια.

"Μια τέτοια τεχνική μπορεί να επεκταθεί για να πάρουμε τους χάρτες πολλών φυσικών και χημικών χαρακτηριστικών των απόμακρων γαλαξιών, για να μπορέσουμε έτσι να μελετήσουμε λεπτομερώς το πώς συγκέντρωσαν τη μάζα τους κατά τη διάρκεια ολόκληρης της ζωής τους", λέει ο François Hammer. "Από πολλές απόψεις, ο φασματογράφος GIRAFFE που μπορεί να εξετάζει συγχρόνως πολλές περιοχές μας δίνουν μια πρώτη γεύση γι αυτό που θα επιτευχθεί με τα μελλοντικά εξαιρετικά μεγάλα τηλεσκόπια."