Νημάτια σκοτεινής ύλης τροφοδότησαν την γέννηση των άστρων στους παλιούς γαλαξίες

Πηγή: New Scientist, 21 Ιανουαρίου 2009

Συγκεντρώσεις σκοτεινής ύλης διοχέτευαν αέριο βαθιά μέσα στην καρδιά μερικών από τους πρώτους γαλαξίες του σύμπαντος, δείχνει μια νέα προσομοίωση σε υπολογιστές. Το αποτέλεσμα αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει τον τρόπο με τον οποίο ορισμένοι μεγάλοι γαλαξίες δημιούργησαν τεράστιους αριθμούς άστρων χωρίς να 'αρπάξουν' υλικό εις βάρος των γειτόνων τους.

Η δραματική αύξηση στο σχηματισμό νέων άστρων υποπτευόμαστε πως προκύπτει όταν συγχωνεύονται οι γαλαξίες και το αέριο τους αναγκαστικά συγκρούεται οπότε θερμαίνεται. Αποδεικτικά στοιχεία αυτών των συγκρούσεων είναι αρκετά εύκολο να εντοπιστούν στο διάστημα, δεδομένου ότι αφήνουν πίσω τους ακρωτηριασμένους γαλαξίες που τελικά συγχωνεύονται, ενώ το αέριο τους τακτοποιείται στο λαμπρό, συμπαγές κέντρο του νέου γαλαξία.

Κάποιοι από τους μεγάλους γαλαξίες στις απαρχές του σύμπαντος δείχνουν μια έκρηξη σχηματισμού νέων άστρων, αλλά δεν υπάρχουν δεδομένα από συγκρούσεις. Θα μπορούσε όμως να είναι υπεύθυνο για αυτήν την έκρηξη γέννησης νέων άστρων το ψυχρό αέριο, που βρίσκεται κατά μήκος νηματοειδών σχηματισμών από σκοτεινή ύλη.

Βέβαια, εδώ και αρκετά χρόνια οι αστρονόμοι άρχισαν να βρίσκουν γαλαξίες με τη μορφή δίσκου γεμάτους με αστρικά φυτώρια, που δεν φαινόταν να φέρουν χαρακτηριστικά γνωρίσματα μιας παλιάς σύγκρουσης. Αυτοί οι γαλαξίες που γεννήθηκαν όταν το Σύμπαν ήταν μόλις 3 δισ. ετών είχαν αρκετή μάζα, τουλάχιστον όση  και ο Γαλαξίας μας, αλλά ο ρυθμός παραγωγής νέων άστρων εκεί μέσα ήταν περίπου 50 φορές το ρυθμό παραγωγής του δικού μας Γαλαξία.

Δεν ήταν βέβαια σαφές πώς θα μπορούσαν αυτοί οι γαλαξίες να φιλοξενούσαν τέτοιες έντονες εκρήξεις σχηματισμού νέων άστρων χωρίς γαλαξιακές συγκρούσεις. Οι μικρότεροι γαλαξίες θεωρούνται ότι σχηματίζονται όταν το αέριο πέφτει μέσα τους από όλες τις γύρω κατευθύνσεις. Αλλά αυτή η διαδικασία δεν θα μπορούσε να λειτουργήσει στους μεγαλύτερους γαλαξίες - αυτούς με μάζα σαν τον Γαλαξία μας ή και βαρύτερους ακόμα. Αυτοί θα γίνονταν τόσο καυτοί και πυκνοί που θα έστελναν μακριά με βίαιο τρόπο κάθε εισερχόμενο υλικό, με μια σειρά από κρουστικά κύματα.

Αλλά ο Avishai Dekel του Πανεπιστημίου της Ιερουσαλήμ πιστεύει ότι  παρόλα αυτά θα μπορούσε να είναι υπεύθυνη για το σχηματισμό άστρων μια εισροή αερίου από την γύρω περιοχή. Αυτό το αέριο θα μπορούσε να ρέει κατά μήκος νηματίων από σκοτεινή ύλη που φτιάχνουν έναν κοσμικό ιστό, που ακόμη και σήμερα βλέπουμε στους γαλαξίες σε ολόκληρο τον ουρανό.

Ο Dekel με τους συναδέλφους του χρησιμοποίησαν προσομοιώσεις ρευστοδυναμικής για να φτιάξουν μοντέλα του κοσμικού ιστού του αερίου και της σκοτεινής ύλης,  σε μια εποχή που το σύμπαν είχε ηλικία περίπου 3 δισεκατομμύρια χρόνια. Με την προσομοίωση ανίχνευσαν πώς το αέριο συσσωρεύεται στους γαλαξίες, που βρίσκονται σε κόμβους του κοσμικού ιστού, όπου διασταυρώνονται νημάτια από σκοτεινή ύλη.

Η ομάδα τελικά διαπίστωσε ότι το αέριο στις συγκεντρώσεις της σκοτεινής ύλης ήταν τόσο πυκνό που οι συγκρούσεις μεταξύ σωματιδίων θα διάχεαν πολύ γρήγορα την ενέργεια, με αποτέλεσμα να είναι λιγότερο ευάλωτες στις αιφνίδιες διαταραχές (κλονισμούς) του πολύ θερμότερου περιβάλλοντος αερίου. Μόνο τότε το ψυχρό αέριο θα μπορούσε να πέσει στον γαλαξιακό δίσκο αρκετά γρήγορα, ώστε να τροφοδοτήσει με καύσιμα την δραματική έκρηξη σχηματισμού νέων άστρων.

"Βρήκαμε ότι το αέριο μπορεί να διεισδύσει μέσα από το καυτό υλικό," λέει ο Dekel. "Πρόκειται για την λύση του αινίγματος του σχηματισμού άστρων."

Ο Reinhard Genzel του Ινστιτούτου Max Planck λέει ότι η εξήγηση αυτή θα μπορούσε να λειτουργήσει, αλλά προσθέτει ότι η προσομοίωση δεν μπορεί να εκτιμήσει το πόσο γρήγορα το αέριο μπορεί να μετατραπεί σε αστέρια, που είναι μια κρίσιμη δοκιμασία του μοντέλου.

Γι αυτό χρειάζονται πιο αναλυτικές μελέτες και προσομοιώσεις των ίδιων των γαλαξιών για επιβεβαιώσουν το μοντέλο. "Χρειαζόμαστε περισσότερο χρόνο για την  δοκιμή, αλλά νομίζω ότι είναι η σωστή απάντηση," υποστηρίζει ο Genzel.