Μια διεθνής ομάδα αστρονόμων ανακοίνωσε μια ανακάλυψη που θα μπορούσε να επαναπροσδιορίσει την κατανόηση του σχηματισμού των μεγαλύτερων δομών στον κόσμο. Ο Foi αναγνώρισε ένα κοσμικό νήμα, μια από τις μεγαλύτερες γνωστές δομές, που περιστρέφεται συνεκτικά. Ο κολοσσιαίος «ποταμός» γαλαξιών Este εκτείνεται σε περίπου 50 εκατομμύρια έτη φωτός.
Βρίσκεται σε απόσταση περίπου 140 εκατομμυρίων ετών φωτός από το Terra, η δομή εξέπληξε τους επιστήμονες παρουσιάζοντας μεγάλης κλίμακας περιστροφή, ένα φαινόμενο που δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ πριν σε ένα αντικείμενο τέτοιων διαστάσεων. Η παρατήρηση αναλύθηκε λεπτομερώς σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό Monthly Notices του Royal Astronomical Society.
Το εύρημα έρχεται σε άμεση αντίθεση με τις προβλέψεις των πιο αποδεκτών κοσμολογικών μοντέλων, που περιγράφουν την εξέλιξη και την κατανομή της ύλης στο σύμπαν. Η οργανωμένη περιστροφή υποδηλώνει ότι οι μηχανισμοί σχηματισμού γαλαξιών και σμηνών μπορεί να είναι πιο περίπλοκοι από ό,τι φανταζόμασταν προηγουμένως, ανοίγοντας ένα νέο πεδίο έρευνας για τη γωνιακή ορμή στο πρώιμο σύμπαν.
Μια άνευ προηγουμένου δομή στο σύμπαν
Τα κοσμικά νήματα είναι θεμελιώδη συστατικά του λεγόμενου «κοσμικού ιστού», της μεγάλης κλίμακας αρχιτεκτονικής του σύμπαντος. Οι Eles είναι μακριές και πυκνές αλυσίδες αερίου και σκοτεινής ύλης που συνδέουν σμήνη γαλαξιών, λειτουργώντας ως πραγματικοί κοσμικοί αυτοκινητόδρομοι που διοχετεύουν την ύλη για το σχηματισμό νέων γαλαξιών και την ανάπτυξη των υπαρχόντων. Οι περισσότερες από αυτές τις δομές ανιχνεύονται έμμεσα, μέσω της κατανομής των γαλαξιών που τις κατοικούν. Αυτό που κάνει αυτό το συγκεκριμένο νήμα τόσο αξιοσημείωτο δεν είναι μόνο η τεράστια έκτασή του, αλλά η εσωτερική του δυναμική, η οποία δείχνει συλλογική, οργανωμένη συμπεριφορά μεταξύ εκατοντάδων γαλαξιών που το αποτελούν.
Αυτό το νήμα που ανακαλύφθηκε πρόσφατα φιλοξενεί σχεδόν 300 γαλαξίες, όλοι συνδεδεμένοι μεταξύ τους από τη βαρυτική έλξη της σκοτεινής ύλης. Η ανίχνευση μιας ομοιόμορφης περιστροφής σε δεκάδες εκατομμύρια έτη φωτός είναι άνευ προηγουμένου. Οι υπολογιστικές μελέτες Simulações του σύμπαντος προβλέπουν γενικά ότι, σε τόσο μεγάλες κλίμακες, οι κινήσεις των γαλαξιών θα πρέπει να είναι πιο χαοτικές και τυχαίες, αποτέλεσμα αμέτρητων βαρυτικών αλληλεπιδράσεων για δισεκατομμύρια χρόνια. Η συνοχή που παρατηρείται σε αυτή τη δομή υποδηλώνει μια κοινή προέλευση ή έναν μηχανισμό σχηματισμού που κατάφερε να διατηρήσει μια αρχική γωνιακή ορμή, ένα είδος μνήμης της αρχέγονης περιστροφής του αερίου που την προκάλεσε.
Η δυναμική περιστροφής που ιντριγκάρει τους επιστήμονες
Τα στοιχεία για την περιστροφή προήλθαν από την ανάλυση της κίνησης των γαλαξιών μέσα στο νήμα. Οι ερευνητές, με επικεφαλής τους επιστήμονες των Universidade και Oxford, παρατήρησαν ότι οι γαλαξίες στις αντίθετες πλευρές της δομής κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις, ένα κλασικό σχέδιο ενός περιστρεφόμενου σώματος.
Η ταχύτητα αυτής της κίνησης μετρήθηκε περίπου στα 110 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Αν και αυτή η ταχύτητα μπορεί να φαίνεται μέτρια από κοσμικούς όρους, η διατήρησή της με συνέπεια σε μια δομή 50 εκατομμυρίων ετών φωτός είναι ένα εξαιρετικό δυναμικό επίτευγμα που αψηφά τους νόμους της φυσικής σε μεγάλη κλίμακα.
Αυτό που κάνει την ανακάλυψη ακόμη πιο ενδιαφέρουσα είναι ότι πολλοί από τους μεμονωμένους γαλαξίες μέσα στο νήμα έχουν επίσης τους άξονες περιστροφής τους ευθυγραμμισμένους με τον κύριο άξονα του ίδιου του νήματος. Ο συνδυασμός Essa ευθυγραμμισμένης ατομικής περιστροφής και συλλογικής περιστροφικής κίνησης είναι εξαιρετικά σπάνιος και δείχνει πολύ συγκεκριμένες διαδικασίες σχηματισμού.
Λεπτομέρειες για τη γαλαξιακή σύνθεση του νήματος
Στην καρδιά αυτής της μεγαδομής, οι επιστήμονες έχουν εντοπίσει μια ακόμη πιο αξιοσημείωτη συγκέντρωση: μια κεντρική σειρά που αποτελείται από 14 γαλαξίες ιδιαίτερα πλούσιους σε ουδέτερο υδρογόνο. Το αέριο Este είναι το απαραίτητο καύσιμο για το σχηματισμό νέων άστρων.
Η άφθονη παρουσία υδρογόνου δείχνει ότι αυτοί οι γαλαξίες βρίσκονται σε μια σχετικά νεαρή και ενεργό φάση της εξέλιξής τους, δημιουργώντας ακόμη τους αστρικούς πληθυσμούς τους. Το Isso υποδηλώνει ότι το ίδιο το νήμα είναι μια δυναμικά νέα, δροσερή δομή με μικρή εσωτερική ανάδευση.
Αυτή η σειρά γαλαξιών πλούσιων σε αέρια σχηματίζει μια επιμήκη υποδομή, μήκους 5,5 εκατομμυρίων ετών φωτός αλλά πλάτους μόλις 117.000 ετών φωτός και είναι εξαιρετικά λεπτή σε αναλογία. Είναι η συντονισμένη κίνηση αυτών των γαλαξιών που παρέχει τα ισχυρότερα στοιχεία για την περιστροφή.
Ο πυκνός πυρήνας του νήματος, όπου αυτή η περιστροφή είναι πιο έντονη, έχει μια ακτίνα που υπολογίζεται σε περίπου 163 χιλιάδες έτη φωτός, μια περιοχή έντονης δραστηριότητας και βαρυτικής αλληλεπίδρασης που χρησιμεύει ως δυναμική μηχανή ολόκληρης της δομής.
Η τεχνολογία πίσω από την παρατήρηση
Η ανακάλυψη ήταν δυνατή μόνο χάρη στην ευαισθησία των υπερσύγχρονων ραδιοτηλεσκοπίων. Τα πρωτογενή δεδομένα συλλέχθηκαν από το MeerKAT, μια ισχυρή συστοιχία κεραιών που βρίσκεται στο África του Sul, ως μέρος της έρευνας βαθέων ουρανών γνωστή ως MIGHTEE.
Οι ραδιοπαρατηρήσεις, οι οποίες είναι ικανές να χαρτογραφήσουν την κατανομή του ουδέτερου αερίου υδρογόνου, συμπληρώθηκαν με οπτικά δεδομένα από άλλες μεγάλες έρευνες, όπως το Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) και το Sloan Digital Sky Survey (SDSS), που χαρτογραφούν τη θέση και το φως των άστρων στους γαλαξίες.
Σύγκρουση με τις τρέχουσες κοσμολογικές θεωρίες
Η ύπαρξη ενός περιστρεφόμενου νήματος αυτού του μεγέθους θέτει μια σημαντική πρόκληση για το τυπικό κοσμολογικό μοντέλο, γνωστό ως Lambda-CDM. Το μοντέλο Este ήταν εξαιρετικά επιτυχημένο στην περιγραφή της εξέλιξης του σύμπαντος, από το Big Bang μέχρι το σχηματισμό γαλαξιών και σμηνών. Ωστόσο, προβλέπει ότι η γωνιακή ορμή (το μέτρο της περιστροφής) σε τέτοιες τεράστιες κλίμακες θα πρέπει να είναι αμελητέα. Οι προσομοιώσεις που βασίζονται στο Lambda-CDM δείχνουν ότι, ενώ οι γαλαξίες και τα μικρά σμήνη μπορούν να αποκτήσουν περιστροφή μέσω συγχωνεύσεων και αλληλεπιδράσεων, οι δομές μεγέθους νήματος θα πρέπει να έχουν τις κινήσεις τους να κυριαρχούνται από μια πιο γραμμική ροή προς κόμβους μεγαλύτερης πυκνότητας, χωρίς οργανωμένη συλλογική περιστροφή. Ως εκ τούτου, η ανακάλυψη υποδηλώνει ότι μπορεί να λείπει ένα συστατικό στα τρέχοντα μοντέλα. Μια εναλλακτική θεωρία, γνωστή ως Teoria of Torque of Maré, αποκτά δύναμη από αυτή την παρατήρηση. Ο Ela υποστηρίζει ότι, στα πρώτα στάδια του σύμπαντος, οι ασυμμετρίες στην κατανομή της ύλης θα μπορούσαν να δημιουργήσουν βαρυτικές παλιρροϊκές δυνάμεις, οι οποίες με τη σειρά τους θα ασκούσαν μια «ροπή» ή μια δύναμη συστροφής στα πρωτο-νημάτια του αερίου, προκαλώντας την περιστροφή τους. Η παρατηρούμενη δομή θα ήταν ένα δυναμικό «απολίθωμα», διατηρώντας αυτή την αρχέγονη περιστροφή για δισεκατομμύρια χρόνια.
Ένα καρουζέλ γαλαξιών στον κόσμο
Για να οπτικοποιήσουν την πολυπλοκότητα της κίνησης, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν την αναλογία ενός καρουζέλ κυπέλλου. Ο γαλαξίας Cada, όπως ένα κύπελλο, περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του. Ταυτόχρονα, ολόκληρη η δομή του νήματος, η πλατφόρμα καρουζέλ, περιστρέφεται ως ενιαίο σώμα, μεταφέροντας όλους τους γαλαξίες μαζί της.
Αυτός ο συνδυασμός δύο σπάνιων φαινομένων – της γεωμετρικής ευθυγράμμισης των αξόνων περιστροφής των γαλαξιών και της συλλογικής περιστροφής του νήματος – σπάνια παρατηρείται σε κοσμολογικές προσομοιώσεις. Το Encontrá-la στη φύση προσφέρει ένα μοναδικό εργαστήριο για τη δοκιμή θεωριών σχετικά με την προέλευση του γαλαξιακού σπιν και τη μεταφορά της γωνιακής ορμής μεταξύ διαφορετικών κοσμικών κλιμάκων.
Συνέπειες για μελλοντικές διαστημικές αποστολές
Αυτή η ανακάλυψη έχει πρακτικές συνέπειες για μελλοντικές αποστολές παρατήρησης του σύμπαντος, όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο Euclid στο Agência Espacial Europeia και το Observatório Vera C. Rubin, υπό κατασκευή στο Chile. Τα έργα Esses στοχεύουν στη χαρτογράφηση της σκοτεινής ύλης μετρώντας ένα λεπτό φαινόμενο που ονομάζεται ασθενής βαρυτικός φακός. Τα εγγενή στοιχεία του Alinhamentos του γαλαξία, όπως αυτά που παρατηρούνται σε αυτό το νήμα, μπορούν να δημιουργήσουν συστηματικό «θόρυβο» που μιμείται το σήμα από τον βαρυτικό φακό, μολύνοντας ενδεχομένως τα δεδομένα. Portanto, η ύπαρξη τέτοιων περιστρεφόμενων δομών πρέπει να ληφθεί υπόψη για να διασφαλιστεί η ακρίβεια των μελλοντικών κοσμολογικών μετρήσεων.
