Το πιο λεπτομερές μοντέλο της δημιουργίας της σκοτεινής ύλης του Γαλαξία

Πηγή: NewScientist, 22 Νοεμβρίου 2006

Ο Γαλαξίας μας μπορεί να περιβάλλεται από ένα τεράστιο σμήνος ενός αόρατου συντρόφου. Αυτά τα γιγαντιαία νέφη της σκοτεινής ύλης - που αποτελούν τους αποτυχημένους σπόρους του σχηματισμού των γαλαξιών - μπορούν να ανιχνευθούν με ένα τηλεσκόπιο που θα προωθηθεί το προσεχές έτος.

Η σκοτεινή ύλη αποτελεί περίπου το 82% όλης της ύλης στο σύμπαν, αν και κανένας δεν ξέρει τι είναι πραγματικά. Μικρά νέφη της άγνωστης ουσίας θεωρούνται ότι έχουν συγχωνευτεί μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη, ενώ έπειτα βαθμιαία έχουν συγχωνευτεί σε μεγάλους σχηματισμούς. Κι όταν συσσωρεύεται αρκετή σκοτεινή ύλη σε έναν τεράστιο "φωτοστέφανο" ή την άλω, προσελκύει το συνηθισμένο αέριο για να σχηματίσει τα άστρα, και αργότερα τους γαλαξίες.

Τελευταία, επιστήμονες που καθοδηγούνται από τον Jόrg Diemand του πανεπιστημίου Santa Cruz της Καλιφόρνιας, έχουν μοντελοποιήσει αυτή την διαδικασία με την πιο μεγάλη λεπτομέρεια που έγινε ποτέ, παρακολουθώντας τη μοίρα περισσότερων από 200 εκατομμυρίων μικρών νεφών σκοτεινής ύλης, καθώς αυτά συνενώνονται προς ένα - σχεδόν ίδιου  μεγέθους - φωτοστέφανο σαν αυτόν που βρίσκεται στον Γαλαξία μας.

Μια τέτοια λεπτομερής προσομοίωση απαιτεί πολλή υπολογιστική ισχύ. Οι σημερινοί υπερυπολογιστές έφτασαν στο όριο τους για να μπορέσουν να το κάνουν, λέει ο Diemand.

Το αποτέλεσμα όμως είναι μια συναρπαστική εικόνα της γέννησης του Γαλαξία μας

Χαμένοι γαλαξίες

Η προσομοίωση παρουσιάζει ότι πρέπει να υπάρχουν τουλάχιστον 10.000 ξεχωριστοί "υπο-φωτοστέφανοι" σκοτεινής ύλης μέσα στο συνολικό γαλαξιακό φωτοστέφανο, που το κάθε ένα έχει μια διάμετρο τουλάχιστον μερικές χιλιάδες έτη φωτός.

Και θα πρέπει από αυτούς να έχει δημιουργηθεί ένας καλός αριθμός αυτών των γαλαξιακών σπόρων. Περίπου 120 συμπαγείς μάζες είναι αρκετά μεγάλες ώστε να έχουν προσελκύσει κάποιο δικό τους αέριο για να γίνουν νάνοι γαλαξίες - οι αστρονόμοι έχουν δει μόνο 15 νάνους συντρόφους του δικού μας Γαλαξία. Όμως τι συνέβη στους υπόλοιπους νάνους γαλαξίες;

Μια σχετικά ριζοσπαστική λύση είναι ότι η σκοτεινή ύλη έχει κάποια ιδιότητα που την εμποδίζει από το να σχηματίσει συμπαγείς μάζες. Παραδείγματος χάριν, αυτή μπορεί να είναι απροσδόκητα καυτή, και επομένως δύσκολο να συμπιεστεί. "Αλλά προς το παρόν, το συμπέρασμα είναι ότι πρέπει να φτάσουμε σε αυτά τα άκρα",  τονίζει ο Diemand.

Υπάρχουν κι άλλες εξηγήσεις. Μπορεί να οφείλεται στο ότι οι περισσότεροι από τους υπο-φωτοστεφάνους αποστειρώθηκαν από το υπεριώδες φως από τα πρώτα πρώτα αστέρια. Αυτό θέρμανε το διαγαλαξιακό αέριο, κι έτσι έγινε πολύ δυσκολότερο να συλληφθεί και να σχηματίσει συμπαγείς μάζες. Και ίσως υπερκαινοφανείς με τις εκρήξεις τους να έδιωξαν το διαγαλαξιακό αέριο στους περισσότερους από τους δημιουργούμενους νάνους γαλαξίες, τελειώνοντας τις σύντομες ζωές τους.

Βαρυτικός φακός

Το να επισημάνουμε στο διάστημα αυτά τα νέφη σκοτεινής ύλης θα είναι μια πρόκληση. Κι αν οι αστρονόμοι είναι τυχεροί, τότε τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης  συμπεριφέρονται κατά τέτοιο τρόπο ώστε να εξαϋλώνονται μεταξύ τους όταν συγκρούονται.

Σε αυτή την περίπτωση, θα εξέπεμπαν ακτίνες γάμμα, και η ακτινοβολία των ακτίνων γάμμα της σκοτεινής ύλης στον Γαλαξία μας μπορεί να είναι ανιχνεύσιμη με το διαστημικό τηλεσκόπιο ανίχνευσης ακτίνων γάμμα μεγάλων περιοχών της NASA, που πρέπει να πετάξει μέσα στο 2007.

Διαφορετικά, οι συμπαγείς μάζες μπορεί να παρουσιάσουν κάτι που να μοιάζει με ρωγμές σε έναν βαρυτικό φακό. Οι φωτοστέφανοι σκοτεινής ύλης των αρκετά απόμακρων γαλαξιών μπορούν μερικές φορές να εκτρέψουν το φως που προέρχεται από τους γαλαξίες που βρίσκονται πίσω τους.

Οι φωτοστέφανοι κάμπτουν το φως εξ αιτίας της δύναμης της βαρύτητας, συχνά ενισχύοντας και πολλαπλασιάζοντας τις εικόνες των πολύ απόμακρων πηγών. Εάν οι φωτοστέφανοι είναι γεμάτοι συμπαγείς μάζες, τότε αυτοί πρέπει ελαφρώς να αλλάξουν τις εικόνες από το βαρυτικό εστιασμό.

Εικόνες από την προσομοίωση

Η μεγάλη φωτεινή περιοχή σε αυτήν την προσομοίωση αντιπροσωπεύει τον κολοσσιαίο φωτοστέφανο από σκοτεινή ύλη που περιβάλλει το Γαλαξία μας, όπως ήταν αυτός πριν περίπου 3,4 δισεκατομμύρια χρόνια. Οι μικρότερες μάζες σκοτεινής ύλης είναι επίσης ορατές επειδή αυτές δεν συγχωνεύτηκαν σε μεγαλύτερες δομές. Είναι περίεργο, πως πολλές από αυτές τις μικρές μάζες δεν 'σπέρνουν'  νάνους γαλαξίες. Η εικόνα παρουσιάζει μια περιοχή του διαστήματος διαμέτρου περίπου 2,6 εκατομμυρίων ετών φωτός.

Περίπου πριν 12 δισεκατομμύρια χρόνια, το σύμπαν δεν είχε διασταλεί τόσο πολύ όπως σήμερα, έτσι η περισσότερη ύλη ήταν συμπιεσμένη σε μια περιοχή  του διαστήματος εύρους 2.6 εκατομμυρίων ετών φωτός. Κάποια από αυτή την ύλη επεκτάθηκαν μακριά από την περιοχή, αλλά κάποια κατέρρευσε για να σχηματίσει το μεγάλο φωτοστέφανο του Γαλαξία μας