Τα κύματα από το Big Bang βρίσκονται στη δομή των γαλαξιών

Πηγή: Nature, 12 Ιανουαρίου 2005

Αστροφυσικοί δημιούργησαν τον μεγαλύτερο, ως σήμερα, τρισδιάστατο χάρτη του Σύμπαντος, επιβεβαιώνοντας τον σημαντικό ρόλο της βαρύτητας στον σχηματισμό του. Παράλληλα, αξιοποιώντας τα αποτελέσματα των ερευνών τους, δημιούργησαν μία ακριβή μονάδα μέτρησης της επέκτασης του Σύμπαντος.

Μικροσκοπικές διακυμάνσεις στην πυκνότητα της ύλης μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη απεικονίζονται καθαρά στην κατανομή  των γαλαξιών στο Σύμπαν μας, σύμφωνα με δύο ερευνητικές ομάδες. Τα συμπεράσματα τους επιβεβαιώνουν τις θεωρίες για το πώς αυξήθηκε το Σύμπαν από την σχεδόν ομοιόμορφη ομαλότητα στην σημερινή κατάσταση των πυκνών σμηνών των αστεριών και των γαλαξιών.

Οι θεωρητικοί υπολόγισαν στη δεκαετία του '60 ότι οι γαλαξίες πρέπει να έχουν δημιουργηθεί σε θέσεις όπου η ύλη είχε ελαφρώς συγκεντρωθεί μαζί αμέσως μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη, που θεωρείται ότι έχει δημιουργήσει το Σύμπαν πριν αρκετά δισεκατομμύριο χρόνια.

Αυτές οι διακυμάνσεις θεωρήθηκαν ως κυματισμοί στη Μικροκυματική Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου από τους δορυφόρους της NASA Cosmic Background Explorer (CBE)  το 1992 και τον Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) το 2003. Αλλά αυτή η ακτινοβολία, που περιγράφεται συχνά ως μεταλαμπή του Big Bang δημιουργήθηκε μόνο μετά από 400.000 χρόνια περίπου μετά από την Μεγάλη Έκρηξη, πολύ πριν σχηματιστούν οι γαλαξίες.

Και τώρα δύο έρευνες στον ουρανό έχουν βρει στοιχεία για τις διακυμάνσεις αυτές στους διαχωρισμούς των γαλαξιών που υπήρξαν πριν 10 δισεκατομμύρια χρόνια μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτό δημιουργεί μια σταθερή σύνδεση μεταξύ των αρχέγονων ασταθειών στο Σύμπαν και την κοκκώδη υφή που βλέπουμε στον Κόσμο σήμερα.

Οι γαλαξίες αφού προσδιορίστηκαν στην δισδιάστατη (2D) δεξιά εικόνα, μετρήθηκε η απόσταση τους και τοποθετούνται στον τρισδιάστατο χάρτη (αριστερό) (εικόνα: Sloan Digital Sky Survey).

Η έρευνα του ουρανού - με τίτλο Two-Degree Field Galaxy Redshift Survey (2dFGRS) - που βασίζεται στο αγγλο-αυστραλιανό τηλεσκόπιο στη Νότια Νέα Ουαλία της Αυστραλίας, κράτησε δέκα χρόνια και τελικά έγινε χαρτογράφηση της κατανομής 221.000 γαλαξιών. Παράλληλα, συμπληρωματικά, μια άλλη έρευνα η Sloan Digital Sky Survey (SDSS)  στο παρατηρητήριο Apache στο Νέο Μεξικό, έχει παρατηρήσει 46.000 γαλαξίες στο βόρειο ημισφαίριο για πάνω από έξι χρόνια.

Οι δύο ομάδες παρουσίασαν τα αποτελέσματά τους στις 11 Ιανουαρίου στη Διάσκεψη της Αμερικανικής Ένωσης Αστρονομίας στο Σαν Ντιέγκο, Καλιφόρνια.

Ο Daniel Eisenstein του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, που εργάστηκε στο πρόγραμμα σαν επικεφαλής της μιας από τις δύο διεθνείς ομάδες του προγράμματος, τόνισε πως οι παρατηρήσεις τους τείνουν να επιβεβαιώσουν τη θεωρία για τη μορφή ενός Σύμπαντος επίπεδου, σε διαρκή διαστολή, που διατρέχεται από κυματισμούς, που προκύπτουν από τα κύματα της Μεγάλης Έκρηξης, η οποία αποτέλεσε την αιτία της γέννησης του κόσμου μας, πριν από 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια, σύμφωνα με τα κρατούντα κοσμολογικά μοντέλα.

Ο τρόπος με τον οποίο είναι διασκορπισμένοι σήμερα οι γαλαξίες σε όλο το μήκος και πλάτος του Σύμπαντος, φανερώνει ότι οι γαλαξίες σχηματίστηκαν κατά μήκος αυτών των κοσμικών κυματισμών που δημιουργήθηκαν  μετά το Big Bang, εξήγησε ο Eisenstein, στο περιθώριο της χειμερινής συνέλευσης της Αμερικανικής Ένωσης Αστρονομίας.

"Θεωρούμε αυτές τις ανακαλύψεις ως απόδειξη πως η βαρύτητα διαδραμάτισε έναν σημαντικότατο ρόλο στη δημιουργία των Γαλαξιών και των συμπλεγμάτων τους, που παρατηρούνται σήμερα στο Σύμπαν", τόνισε.

"Τα ηχητικά σήματα έχουν αφήσει τα αποτυπώματά τους στον κοσμικό ιστό, μοιάζοντας με τις ακτινοβολίες που δημιουργήθηκαν από τη Μεγάλη Έκρηξη, όταν το Σύμπαν ήταν ηλικίας μόλις 400.000 ετών. Και σήμερα είναι ορατοί οι ανάλογοι κυματισμοί στους 46.000 εξαιρετικά φωτεινούς Γαλαξίες που παρατηρούμε σε έναν όγκο διαστήματος που έχει ακτίνα κάπου τέσσερα δισεκατομμύρια έτη φωτός, τόνισε ο κοσμολόγος.

Και συμπλήρωσε πως οι γαλαξίες τείνουν να συγκεντρώνονται σε γραμμικούς σχηματισμούς - σαν κορδόνια - οι οποίοι απέχουν 50 εκατομμύρια έτη φωτός, όση είναι και απόσταση μεταξύ των κοσμικών κυμάτων. Η απόσταση των 500 εκατομμυρίων ετών φωτός ανάμεσα στα κοσμικά κύματα θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο μέλλον ως μονάδα μέτρησης για τη διαστολή του Σύμπαντος.

Οι ερευνητές εξέτασαν την απόσταση μεταξύ ζευγών γαλαξιών, και διαπίστωσαν ότι υπήρχε μια μικρή υπερβολή αυτών που χωρίστηκαν μέχρι 500 εκατομμύρια έτη φωτός, ακριβώς όπως προβλέπεται.

Βλέποντας τους κυματισμούς από τη Μικροκυματική Ακτινοβολία Υποβάθρου να ενισχύεται στο σχήμα  των γαλαξιών αποδεικνύεται ότι υπάρχει σύνδεση μεταξύ των δύο, λέει ο Daniel  Eisenstein, ένα μέλος της ομάδας SDSS από το πανεπιστήμιο της Αριζόνα

Οι έρευνες έχουν δώσει επίσης την πιο ακριβή μέτρηση της μάζας στον Κόσμο, διαπιστώνοντας ότι ακριβώς το 18% της μάζας του είναι η συνηθισμένη ορατή ύλη φτιαγμένη από άτομα και σταθερά υποατομικά σωματίδια. Το υπόλοιπο 82% είναι σκοτεινή ύλη, που μπορεί να αποτελείται από τα πιο εξωτικά, άγνωστα σωματίδια που είναι ανιχνεύονται μόνο μέσω της βαρυτικής επίδρασης που εξασκούν στην γύρω περιοχή τους.

"Το καταπληκτικό για αυτά τα αποτελέσματα είναι ότι υπάρχει τέλεια συμφωνία με τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Κοσμολογικού Μοντέλου μας", λέει ο Eisenstein. Και εξηγεί ότι αυτό επιβεβαιώνει ότι η μορφή του σύμπαντος πρέπει κατά ένα μεγάλο μέρος να κυριαρχείται από τη σκοτεινή ενέργεια, τη μυστήρια δύναμη που οδηγεί σε διαστολή το σύμπαν με ένα πολύ μεγαλύτερο ρυθμό από όσο αναμένεται.

Τα προκαταρκτικά αποτελέσματα του 2001 (δοκιμαστικά) έδειχναν ότι οι γαλαξίες παρουσίαζαν μια χαρακτηριστική κατανομή", αλλά και οι δύο έρευνες το βλέπουν τώρα πολύ πειστικά", προσθέτει ο Eisenstein.

Ο εναρμονισμός των στοιχείων και από τις δύο ομάδες είναι ζωτικής σημασίας, λέει ο Martin Rees, αστρονόμος της Αγγλίας. "Τα θεμελιώδη ζητήματα για το Σύμπαν είναι πάρα πολύ σημαντικά για να μην υπάρχει και μια δεύτερη άποψη", λέει.

Οι ομάδες ελπίζουν τώρα να χρησιμοποιήσουν τις έρευνες ως κριτήριο για να μετρήσουν πώς έχει αλλάξει με το χρόνο ο ρυθμός διαστολής του σύμπαντος. Η επίδραση της σκοτεινής ενέργειας φαίνεται να αυξάνεται σημαντικά κατά τη διάρκεια των τελευταίων δισεκατομμυρίων ετών, έτσι η ανάλυση του τρόπου που χωρίστηκαν οι γαλαξίες, οι οποίοι έχουν πολύ διαφορετικές ηλικίες, θα μπορούσε να βοηθήσει ώστε να βρεθεί με ποιο τρόπο ακριβώς λειτουργεί η άγνωστη απωθητική δύναμη.