physics4u - Το Σύμπαν είναι παγιδευμένο στον ιστό του

Οι αστρονόμοι από το πανεπιστήμιο του Νόττιγχαμ, και το Αστροφυσικό Ινστιτούτο στις Καναρίους Νήσους, έχουν βρει τα πρώτα παρατηρητικά στοιχεία ότι οι γαλαξίες δεν είναι τυχαία προσανατολισμένοι. Αντίθετα, ευθυγραμμίζονται ακολουθώντας ένα χαρακτηριστικό μοτίβο που υπαγορεύεται από τη μεγάλης κλίμακας δομή της αόρατης σκοτεινής ύλης που τους περιβάλλει.

Με τη βοήθεια προγραμμάτων προσομοιώσεων στους υπολογιστές, φτιάχνουμε μοντέλα για να αναλυθούν τα δεδομένα των παρατηρήσεων. Στο σχήμα κοσμικοί ιστοί σκοτεινής ύλης (με κόκκινες γραμμές), αναπαριστάνονται σε ένα κουτί διαστάσεων 1 δις έτη φωτός. Οι εξασθενημένες κίτρινες γραμμές δείχνουν πόσες φωτεινές ακτίνες από τους μακρυνούς γαλαξίες (μπλέ χρώμα) θα μπορούν να λυγίσουν (παραμορφωθούν) από την βαρυτική επίδραση της αφανούς σκοτεινής ύλης.

Αυτή η ανακάλυψη επιβεβαιώνει μία από τις θεμελιώδεις πτυχές της θεωρίας σχηματισμού των γαλαξιών και υπονοεί μια άμεση σύνδεση μεταξύ των γενικών ιδιοτήτων του σύμπαντος και των μεμονωμένων ιδιοτήτων των γαλαξιών.

Οι θεωρίες του σχηματισμού των γαλαξιών ήδη πρόβλεψαν μια τέτοια επίδραση, αλλά η εμπειρική επαλήθευσή της είχε παραμείνει αδύνατη μέχρι τώρα. Τα αποτελέσματα αυτής της εργασίας δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Astrophysical Journal Letters.

Σήμερα, η ύλη δεν κατανέμεται ομοιόμορφα σε όλο το διάστημα, αλλά αντίθετα διευθετείται σε έναν περίπλοκο "κοσμικό ιστό" νημάτων και τοιχωμάτων, που περιβάλλουν τα κενά (τους διαστρικούς χώρους) σαν φυσαλίδα. Οι περιοχές με υψηλές συγκεντρώσεις από γαλαξίες είναι γνωστές ως σμήνη γαλαξιών, ενώ οι περιοχές χαμηλής πυκνότητας καλούνται διαστρικοί χώροι ή κενά.

Αυτή η ανομοιογενής κατανομή της ύλης ονομάζεται "κατανομή μεγάλης κλίμακας του σύμπαντος." Όταν ο Κόσμος θεωρείται ως σύνολο, αυτή η κατανομή έχει μια παρόμοια εμφάνιση με τον ιστό μιας αράχνης ή το νευρικό δίκτυο του εγκεφάλου. Αλλά δεν ήταν έτσι πάντα.

Μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη, όταν ο Κόσμος ήταν πολύ νεώτερος, η ύλη κατανεμήθηκε ομοιογενώς. Και καθώς το σύμπαν εξελισσόταν, η βαρυτική έλξη άρχισε να συμπιέζει την ύλη σε ορισμένες περιοχές του διαστήματος, σχηματίζοντας τη μεγάλης κλίμακας δομή που παρατηρούμε αυτήν την περίοδο.

Σύμφωνα με αυτά τα μοντέλα και τις θεωρίες μια άμεση συνέπεια αυτής της διαδικασίας είναι ότι οι γαλαξίες πρέπει να προσανατολιστούν κατά προτίμηση κάθετα στην κατεύθυνση των γραμμικών νημάτων.

Αρκετές παρατηρητικές μελέτες έχουν ψάξει για να βρουν αν υπάρχει ένας προνομιακός χωρικός προσανατολισμός (ή καμιά ευθυγράμμιση) των αξόνων περιστροφής των γαλαξιών, όσον αφορά τις περιβάλλουσες μεγάλης κλίμακας δομές τους. Εντούτοις, καμιά μελέτη από αυτές δεν ήταν επιτυχής, λόγω των δυσκολιών που συνδέονται με την προσπάθεια να ταυτοποιηθούν τα νημάτια.

Η έρευνα που πραγματοποιείται από την αστροφυσική ομάδα (Ignacio Trujillo από το πανεπιστήμιο του Νόττιγχαμ, τον Conrado Carretero και το Santiago G. από το Αστροφυσικό Ινστιτούτο στις Καναρίους Νήσους), ήταν σε θέση να μετρήσει αυτήν την επίδραση, που έτσι επιβεβαιώνει τις θεωρητικές προβλέψεις.

Για να επιτύχουν αυτόν τον στόχο, χρησιμοποίησαν μια νέα τεχνική βασισμένη στην ανάλυση των τεράστιων κενών που βρίσκονται στη μεγάλης κλίμακας δομή του σύμπαντος. Αυτά τα κενά (διαστρικοί χώροι) έχουν ανιχνευθεί ερευνώντας για μεγάλες περιοχές του διαστήματος, όπου μειώνονται οι φωτεινοί γαλαξίες.

Επιπλέον, εκμεταλλεύθηκαν τις πληροφορίες που δόθηκαν από τις δύο μεγαλύτερες έρευνες του ουρανού : την Ψηφιακή Έρευνα του Ουρανού Sloan και την Έρευνα Πεδίου Δύο Μοιρών. Αυτές οι έρευνες περιέχουν πληροφορίες για τις θέσεις για περισσότερους από 500.000 γαλαξίες που βρίσκονται μέσα σε μια απόσταση ενός δισεκατομμυρίου ετών φωτός από τη γη.

Δόθηκαν δε από έρευνες και άλλες παράμετροι, όπως είναι η γωνία και η ελλειπτικότητα των αντικειμένων, και χρησιμοποιήθηκαν για να υπολογίσουν τον προσανατολισμό των γαλαξιακών δίσκων.

"Διαπιστώσαμε ότι οι γαλαξιακοί δίσκοι τείνουν να έχουν μια μεγάλη κλίση ως προς το επίπεδο που καθορίζεται από τη μεγάλης κλίμακας δομή που τους περιβάλλει", εξήγησε ο Δρ Trujillo. "Οι άξονες περιστροφής τους είναι κυρίως προσανατολισμένοι στην κατεύθυνση των νημάτων. Η εργασία μας επιβεβαιώνει την παλιρροιακή θεωρία της ροπής, που εξηγεί πώς οι γαλαξίες έχουν αποκτήσει την σημερινή περιστροφή τους", λέει ο Trujillo.

"Η περιστροφή των γαλαξιών θεωρείται ότι συνδέεται πραγματικά με τις μορφολογικές μορφές τους. Έτσι, αυτή η εργασία είναι ένα βήμα προς τα εμπρός για να κατανοήσουμε το πώς οι γαλαξίες έχουν φθάσει στις σημερινές μορφές τους."