Γαλαξίες αναπτύσσονται σε αστρικά βρεφοκομεία σκοτεινής ύλης

Πηγή: Subaru Telescope , 23 Δεκεμβρίου 2005

Αν θέλετε να μάθετε πού πρόκειται να γεννηθούν οι νέοι γαλαξίες ψάξτε για μεγάλα τμήματα σκοτεινής ύλης. Αν και η σκοτεινή ύλη είναι απολύτως αόρατη σε οποιοδήποτε ανιχνευτή που έχουμε σήμερα, αυτή η μυστήρια ουσία μπορεί να στρεβλώσει την ακτινοβολία από τη βαρύτητά της. Οι αστρονόμοι έχουν χρησιμοποιήσει τόσο το Hubble όσο και το τηλεσκόπιο Subaru για να χαρτογραφήσουν την κατανομή της σκοτεινής ύλης σε μια περιοχή του ουρανού 5 φορές μεγαλύτερης από το γεμάτο φεγγάρι. Οπουδήποτε η σκοτεινή ύλη είναι παχύτερη από αυτό, είναι πιθανό να σχηματίζονται εκεί οι γαλαξίες.

Νεαροί γαλαξίες 12 δισ. έτη φωτός μακριά μας

Οι αστρονόμοι έχουν βρει σαφείς ενδείξεις ότι συντρέχουν αρκετοί λόγοι σε μεγάλα τμήματα σκοτεινής ύλης να γεννιούνται νέοι γαλαξίες, περίπου, δώδεκα δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Μια απλή 'φωλιά' από σκοτεινή ύλη μπορεί να φιλοξενεί διάφορους νέους γαλαξίες. Αυτά τα αποτελέσματα των ερευνητών επιβεβαιώνουν τις προβλέψεις της κυρίαρχης αυτήν την περίοδο θεωρίας της κοσμολογίας, γνωστής ως μοντέλο ψυχρής σκοτεινής ύλης.

Οι ερευνητές προέρχονται από το Διαστημικό Ίδρυμα Επιστήμης Τηλεσκοπίων, το Εθνικό Αστρονομικό Παρατηρητήριο της Ιαπωνίας και το πανεπιστήμιο του Τόκιο.

Οι πρόσφατες μελέτες προτείνουν ότι η σκοτεινή ύλη είναι επτά φορές βαρύτερη από τη συνηθισμένη ύλη. Αν και η σκοτεινή ύλη δεν μπορεί να φανεί άμεσα μέσω ενός τηλεσκοπίου, αποκαλύπτεται όμως στους αστρονόμους από την ισχυρή βαρυτική έλξη της στα κοντινά αστέρια, το διαστρικό αέριο ακόμη και στους γαλαξίες.

Οι γαλαξίες συχνά είναι συγκεντρωμένοι μαζί και το πως αυτοί συσσωρεύονται καθορίζεται συνήθως από τη βαρύτητα.

Μελετώντας με ποιο τρόπο συσσωρεύονται οι γαλαξίες σε σμήνη, είναι δυνατόν να βρεθεί η κατανομή της σκοτεινής ύλης και πώς αυτή επιδρά στη γέννηση και την αύξηση των γαλαξιών. Στο παρελθόν, ήταν εξαιρετικά δύσκολο να μελετηθεί η συγκέντρωση των νέων γαλαξιών. Οι νέοι γαλαξίες εμφανίζονται εξασθενημένοι κάτι που οφείλεται στις μεγάλες αποστάσεις τους, και το να βρεθούν αρκετοί από αυτούς για να μελετηθεί πώς συγκεντρώνονται, ήταν μια παρατηρητική πρόκληση.

Ο Masami Ouchi από την Ιαπωνία χρησιμοποίησε το τηλεσκόπιο Subaru και μια προηγμένη του κάμερα για να μελετήσει ένα κομμάτι του ουρανού στον αστερισμό Cetus (η Φάλαινα), που την ονόμασαν Subaru/XMM-Newton Deep Survey Field (SXDS). Αυτό το κομμάτι του ουρανού καλύπτει μια περιοχή πέντε φορές το μέγεθος του γεμάτου φεγγαριού. Λαμβάνοντας ευαίσθητες και σε μεγάλη απόσταση εικόνες του τομέα σε τρία χρώματα του ορατού φωτός, η ομάδα SXDS ήταν σε θέση να βρει περίπου 17.000 νέους γαλαξίες, σε μια απόσταση δώδεκα δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Αυτός ο αριθμός είναι δέκα φορές μεγαλύτερος από τις προηγούμενες μελέτες τέτοιων νέων γαλαξιών.

Με βάση αυτά τα στοιχεία, η ομάδα διαπίστωσε ότι:

1) Υπάρχουν πολλά ζευγάρια γαλαξιών με μια απόσταση λιγότερη από 800.000 έτη φωτός.

2) Ακόμη και στις μεγάλες αποστάσεις, οι γαλαξίες είναι έντονα συγκεντρωμένοι.

Και τα δύο αποτελέσματα αναμένονται μόνο εάν οι γαλαξίες είναι μέσα σε μεγάλα τμήματα σκοτεινής ύλης. Η ομάδα SXDS σύγκρινε ακολούθως τα παρατηρητικά αποτελέσματα λεπτομερώς με τις θεωρητικές προβλέψεις, τις βασισμένες σε ένα μοντέλο ψυχρής σκοτεινής ύλης, και διαπίστωσε ότι η μέση μάζα τμημάτων σκοτεινής ύλης ζυγίζει τουλάχιστον 600.000.000.000 ήλιους, και ότι ένα ενιαίο κομμάτι σκοτεινής ύλης φιλοξενεί πολλαπλάσιους νέους γαλαξίες.

Ανεξάρτητα από τους προηγούμενους ερευνητές, ο Nobunari Kashikawa από το Εθνικό Αστρονομικό Παρατηρητήριο της Ιαπωνίας χρησιμοποίησε, επίσης, τη προηγμένη φωτογραφική μηχανή του Subaru για να μελετήσει μια περιοχή του ουρανού στον αστερισμό Coma Berenices (Κόμη της Βερενίκης), που την ονόμασαν Subaru Deep Field (SDF). Αυτός ο τομέας έχει μέγεθος ενός μόνο πλήρους φεγγαριού αλλά τα διαθέσιμα στοιχεία είναι δύο φορές πιο ευαίσθητα από τα στοιχεία του προηγούμενου τομέα του ουρανού (SXDS). Η δεύτερη ομάδα SDF βρήκε περίπου 5.000 νέους γαλαξίες σε μια απόσταση δώδεκα δισεκατομμύρια έτη φωτός, και 800 ακόμα νεώτερους γαλαξίες σε μια απόσταση 12,5 δισεκατομμύρια έτη φωτός.

Η δεύτερη ομάδα SDF πήρε επίσης τις ταυτότητες των νέων γαλαξιών με τη λήψη των φασματικών στοιχείων των γαλαξιών, με τα τηλεσκόπια Subaru και Keck. Η ομάδα πέτυχε ανεξάρτητα να πάρει τα προηγούμενα αποτελέσματα 1 και 2, καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι μερικά ενιαία τμήματα μαζών σκοτεινής ύλης φιλοξενούν πολλαπλάσιους νέους γαλαξίες.

Στις εικόνες του SDF, είναι δυνατό να δει κάποιος να γεννιούνται μαζί διάφοροι νέοι γαλαξίες σε μια μικρή περιοχή. Συγκρίνοντας τα στοιχεία του SDF λεπτομερώς με τις προσομοιώσεις σε υπολογιστές υψηλής ακρίβειας για τον τρόπο αύξησης των μαζών της ψυχρής σκοτεινής ύλης, ο Masahiro Nagashima του πανεπιστημίου του Κιότο, η ομάδα SDF κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι βαρύτερες μάζες σκοτεινής ύλης έχουν περισσότερους φωτεινούς γαλαξίες, και ότι αυτή η προτίμηση παράγει τους συσχετισμούς που βρίσκονται στην πραγματική παρατήρηση.

Συγχρόνως οι δύο ομάδες μαζί έχουν βρει ότι τα πρώτα συγκεκριμένα στοιχεία, ότι οι νέοι γαλαξίες στον αρχικό Κόσμο βρίσκονται μέσα στις μάζες της σκοτεινής ύλης, και ότι σε ένα ενιαίο κομμάτι σκοτεινής ύλης είναι τροφός αρκετών νέων γαλαξιών. Και οι δύο ομάδες εκμεταλλεύθηκαν τη μοναδική δυνατότητα του τηλεσκοπίου Subaru να πάρουν ευαίσθητες εικόνες σε πολύ μεγάλο βάθος πάνω από μια μεγάλη περιοχή του ουρανού.