Μικροί γαλαξίες σαν Hobbit φτιαγμένοι σχεδόν εξ ολοκλήρου από σκοτεινή ύλη

Πηγή: LiveScience, 12 Σεπτεμβρίου 2007

Μικροί, εξαιρετικά αμυδροί γαλαξίες σαν "hobbit" που βρέθηκαν πρόσφατα να αιωρούνται γύρω από το Γαλαξία μας αποτελούνται σχεδόν εξ ολοκλήρου από σκοτεινή ύλη, επιβεβαιώνει μια νέα μελέτη.

Η σκοτεινή ύλη είναι μια μυστηριώδης ουσία που οι επιστήμονες θεωρούν ότι αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος της μάζας στον Κόσμο, αλλά είναι αόρατη με τα τρέχοντα παρατηρησιακά μας όργανα.

Η ανακάλυψη αυτή, που εκτίθεται λεπτομερώς στο Astrophysical Journal, θα μπορούσε να βοηθήσει ώστε να επιλυθεί ένα κοσμικό υπολογιστικό πρόβλημα που έχει εξοργίσει από καιρό τους αστρονόμους και να εξηγήσει, επίσης, και το πως διαμορφώθηκαν τέτοιοι μικροί νάνοι γαλαξίες. Μάλιστα επειδή είναι πολύ μικροί τους ονόμασαν γαλαξίες hobbit.

Ερευνητές από την Ψηφιακή Έρευνα Ουρανού Sloan (SDSS-II) ανήγγειλαν την ανακάλυψη οκτώ νέων νάνων γαλαξιών, επτά από αυτούς είναι δορυφόροι του δικού μας Γαλαξία. Μοιάζουν με συστήματα που έχουν καταβροχθιστεί από το Γαλαξία πριν δισεκατομμύρια χρόνια και βοηθούν να κλείσει το χάσμα μεταξύ του παρατηρηθέντος αριθμού των νάνων δορυφόρων και των θεωρητικών προβλέψεων.

Χαμένοι νάνοι γαλαξίες

Σύμφωνα με το μοντέλο της "ψυχρής σκοτεινής ύλης", που εξηγεί την εξέλιξη και την ανάπτυξη του Κόσμου, οι μεγάλοι γαλαξίες όπως ο Γαλαξία μας θα πρέπει να περιβάλλονται από ένα σμήνος αρκετών εκατοντάδων μικρότερων "νάνων" γαλαξιών. Εντούτοις, μέχρι σήμερα, μόνο 11 τέτοιοι γαλαξίες έχουν βρεθεί.

Το αμυδρό φως αυτών των γαλαξιών θα μπορούσε να είναι το αποτέλεσμα της μεγάλης ηλικίας των άστρων, δεδομένου ότι επτά από τους νέους γαλαξίες περιέχουν κυρίως παλαιά αστέρια. Από αυτούς τους επτά νάνους γαλαξίες, οι δύο βρίσκονται στον αστερισμό Θηρευτικοί Κύνες, ένας στον Βοώτη, ένας στο Λέοντα, ένας στην Κόμη της Βερενίκης, ένας στη Μεγάλη Άρκτο και ένας στο Ηρακλή.

Ο όγδοος και ο πιο πρόσφατα επισημασμένος γαλαξίας είναι από πολλές απόψεις ο πιο ενδιαφέρων. Ονομάστηκε Leo T, και βρίσκεται περίπου 1,4 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη, τόσο μακριά που επιπλέει ελεύθερα στο διάστημα ανεπηρέαστος από το Γαλαξία μας.

Αντίθετα από τους άλλους γαλαξίες hobbit, ο Leo T περιλαμβάνει και παλαιά και νέα αστέρια. Περιέχει επίσης μεγάλα ποσά ουδέτερου αερίου υδρογόνου -- ένα πρωταρχικό συστατικό του σχηματισμού των άστρων -- κάτι που δείχνει ότι είναι ακόμα ένα ενεργό αστρικό βρεφοκομείο.

Για να εξηγήσουν αυτό το λεγόμενο πρόβλημα των χαμένων νάνων γαλαξιών, οι θεωρητικοί έχουν προτείνει ότι η πλειοψηφία των νάνων γαλαξιών περιέχει πολύ λίγα, ενδεχομένως, αστέρια και αντίθετα αποτελείται συνήθως από σκοτεινή ύλη.

Στις αρχές του τρέχοντος έτους, τα μέλη της Ψηφιακής Έρευνας Ουρανού Sloan ανήγγειλαν ότι είχαν ανακαλύψει οκτώ μικρούς και εξαιρετικά εξασθενημένους γαλαξίες στην τοπική ομάδα γαλαξιών μας που μπορεί να ανήκει σε αυτήν την παράξενη κατηγορία των "σκοτεινών" γαλαξιών.

Επειδή οι νέοι δορυφόροι ήταν πολύ μικρότεροι από τους γνωστούς νάνους γαλαξίες, όπως τα Μεγάλα και Μικρά Μαγγελανικά Νέφη, μερικοί από τους επιστήμονες τους ονόμασαν γαλαξίες "hobbit".

Χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο Keck II στη Χαβάη, ο Joshua Simon του Caltech και ο Marla Geha του Ινστιτούτου Αστροφυσικής Herzberg στον Καναδά πραγματοποίησαν συνεχόμενες μελέτες για να υπολογίσουν τη μάζα των hobbit γαλαξιών, βασισμένες στις ταχύτητα που κινούνται τα αστέρια μέσα σε αυτούς. Το ζευγάρι των ερευνητών επιβεβαίωσε έτσι πως κάθε γαλαξίας ήταν πάνω από 10.000 φορές μικρότερος από το Γαλαξία.

Επίσης, διαπίστωσαν ότι η μάζα των γαλαξιών ήταν περίπου 100 φορές μεγαλύτερη από όσο θα αναμενόταν από τη μάζα των άστρων τους μόνο. "Και έτσι η υπόλοιπη μάζα από αυτούς θα πρέπει να είναι σε κάποιο άλλο είδος ύλης", λέει ο Simon.

Οι περισσότεροι γαλαξίες, συμπεριλαμβανομένου και του δικού μας, θεωρούνται πως έχουν περισσότερη σκοτεινή ύλη από την κανονική ύλη, αλλά οι νέοι γαλαξίες hobbit έχουν ακόμα περισσότερη σκοτεινή ύλη.

"Η δουλειά μας στενεύει το χάσμα μεταξύ της θεωρίας της Ψυχρής Σκοτεινής Ύλης και των παρατηρήσεων, αυξάνοντας σημαντικά τον αριθμό των νάνων γαλαξιών του Γαλαξία να λέγοντας μας πολλά για τις ιδιότητες αυτών των γαλαξιών", συνεχίζει ο Simon.

Ο Taft Armandroff, διευθυντής του παρατηρητήριου Keck, είπε ότι τα νέα συμπεράσματα είναι σημαντικά. "Είναι το πρώτο πραγματικό βήμα προς την επίλυση του προβλήματος των χαμένων νάνων γαλαξιών, λέει ο Taft, που δεν συμμετείχε στη μελέτη.

Τα νέα συμπεράσματα προσφέρουν επίσης μια πιθανή εξήγηση για το πώς διαμορφώνονται τέτοιοι μικροί γαλαξίες. Με βάση τη μέτρηση της μάζας για τους γαλαξίες hobbit, οι ερευνητές σκέπτονται ότι η σκληρή υπεριώδης ακτινοβολία που εκπέμφθηκε από τα πρώτα αστέρια, που σχηματίστηκαν μόλις μερικές εκατοντάδες έτη μετά από το Big Bang, μπορεί να έχει απομακρύνει όλο το αέριο του υδρογόνου από τους γαλαξίες hobbit που ήταν ακόμα υπό διαμόρφωση.

Η απώλεια του αερίου θα είχε πνίξει σοβαρά το μελλοντικό σχηματισμό των άστρων, αφήνοντας έτσι τους γαλαξίες πολύ εξασθενημένους ή απολύτως σκοτεινούς.

Ο Simon υπολογίζει ότι οι επιστήμονες θα πρέπει να βρουν άλλους 100 έως 200 τέτοιους γαλαξίες για να λύσουν τελικά την απόκλιση μεταξύ του αριθμού τωνν προβλεφθέντων και των παρατηρηθέντων νάνων γαλαξιών.

Η ανακάλυψη τους θα μπορούσε να αποδειχθεί δύσκολη, επειδή οι επιστήμονες προβλέπουν ότι πολλοί γαλαξίες από σκοτεινή ύλη δεν περιέχουν κανένα αστέρι. Ένας πιθανός τρόπος για να 'φωτιστούν' αυτοί οι αόρατοι γαλαξίες μπορεί να είναι να ψάξουμε για τα βαρυτικά αποτελέσματα που έχουν πάνω στο Γαλαξία μας.

"Εάν υπάρχουν εκατοντάδες νάνοι γαλαξίες σε τροχιά γύρω από το Γαλαξία μας, μπορεί να έχουν μια επίδραση πάνω στο δίσκο του Γαλαξία μας", υποστηρίζει ο Simon. "Ο Γαλαξίας μας έχει έναν πολύ λεπτό δίσκο με άστρα και αέριο με μήκος δεκάδες χιλιάδες έτη φωτός. Εάν ο δίσκος αυτός συνεχώς τραβά κομμάτια σκοτεινής ύλης, που το κάθε ένα κομμάτι ζυγίζει εκατομμύρια ηλιακές μάζες, τότε αναμείνουμε ότι να υπάρχουν επιπτώσεις πάνω στη δομή του δίσκου."

Εναλλακτικά, μερικοί επιστήμονες θεωρούν ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης μπορούν να δρουν σαν τα σωματίδια της αντιύλης τους. Όταν η κανονική ύλη και η αντιύλη συγκρουστούν, τότε προκαλείται εξαΰλωση και δημιουργείται ακτινοβολία γάμμα.

"Η σκοτεινή ύλη μπορεί να κάνει το ίδιο πράγμα", λέει ο Simon. "Θα βλέπαμε λοιπόν στο διάστημα ακτίνες γάμμα πολύ υψηλής ενέργειας που θα προέρχονται από αυτά τα μεγάλα κομμάτια από σκοτεινή ύλη."

Τα μελλοντικά διαστημικά παρατηρητήρια, όπως το τηλεσκόπιο GLAST της NASA που θα πετάξει το προσεχές έτος, θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν αυτές τις ακτίνες γάμμα της σκοτεινής ύλης, πιστεύει ο Simon.