Η σύνδεση των γαλαξιών: Το κλειδί στα νήματα του Σύμπαντος

Γιγάντια νήματα διασχίζουν το Σύμπαν, συνδέοντας σμήνη γαλαξιών όπως οι αυτοκινητόδρομοι μεταξύ των πόλεων. Το σχήμα και η δομή τους κωδικοποιούν ζωτικές πληροφορίες για το περιεχόμενο και την ιστορία του Σύμπαντος, αλλά λόγω του πολύπλοκου σχήματος τους είναι εξαιρετικά δύσκολο να μετρηθούν. Τώρα, οι ερευνητές παρουσίασαν μια νέα μέθοδο για τη μέτρηση της μάζας αυτών των νηματίων, η οποία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να ξεκλειδώσουν μυστικά σχετικά με τη Σκοτεινή Ύλη και τη Σκοτεινή Ενέργεια.

Στις πολύ μεγαλύτερες κλίμακες, το Σύμπαν μας μοιάζει με ιστό αράχνης. Γνωστό κατάλληλα ως κοσμικός ιστός, είναι το μεγαλύτερο μοτίβο που συναντάται στη φύση. Μέσα στον κοσμικό ιστό, υπάρχουν μικρές, συμπαγείς ομάδες γαλαξιών, γνωστές ως σμήνη γαλαξιών. Μεταξύ αυτών των σμηνών υπάρχουν κενά (μεγάλες εκτάσεις σχεδόν μηδενικού χώρου), ενώ τα σμήνη συνδέονται με αυτά τα νήματα. Κάθε νήμα αποτελεί τη ραχοκοκαλιά ενός υπερσμήνους και μπορεί να εκτείνεται σε δεκάδες εκατομμύρια έτη φωτός και να περιέχει έως και εκατοντάδες χιλιάδες γαλαξίες.

Το λεπτομερές σχήμα του κοσμικού ιστού και οι περίπλοκες δομές που περιέχει έχουν μακρά ιστορία. Ο κοσμικός ιστός προέκυψε πριν από 13 δισεκατομμύρια χρόνια στις πρώτες ημέρες του Σύμπαντος, όταν τα αστέρια και οι γαλαξίες φώτισαν για πρώτη φορά την κοσμική σκηνή. Η σημερινή δομή του κοσμικού ιστού μας λέει για αυτή την εξέλιξη και είναι στενά συνδεδεμένη με τις ιδιότητες της κανονικής ύλης, της Σκοτεινής Ύλης και της Σκοτεινής Ενέργειας. Αν αλλάξετε οποιοδήποτε από αυτά τα συστατικά, θα έχετε ένα νέο μοτίβο στον κοσμικό ιστό.

Για δεκαετίες, οι αστρονόμοι χρησιμοποιούσαν απλές στατιστικές για τον κοσμικό ιστό, όπως η μέση απόσταση μεταξύ των γαλαξιών, για να αποκτήσουν πληροφορίες σχετικά με αυτά τα θεμελιώδη κοσμολογικά συστατικά. Επειδή όμως δεν έχουμε ακόμη κατανοήσει πλήρως τη φύση της Σκοτεινής Ύλης και της Σκοτεινής Ενέργειας, οι κοσμολόγοι διψούν για περισσότερες πληροφορίες που μπορούν να εξαχθούν από τις λεπτομέρειες του κοσμικού ιστού.

Τα νήματα προσφέρουν μια ενδιαφέρουσα οδό για τη μελέτη της φύσης της Σκοτεινής Ύλης και της Σκοτεινής Ενέργειας. Σε αντίθεση με τα σμήνη γαλαξιών, τα νημάτια δεν έχουν ακόμη καταρρεύσει πλήρως, αλλά εξακολουθούν να περιέχουν πολύ περισσότερο υλικό από τα κενά. Έτσι, η μεταβολή των ποσοτήτων της Σκοτεινής Ύλης και της Σκοτεινής Ενέργειας μπορεί να αλλάξει το μέσο μήκος, το πλάτος και την πυκνότητα των νηματίων.

Ωστόσο, το να ζυγίσεις ένα νήμα είναι ευκολότερο να το λες παρά να το κάνεις. Αυτό συμβαίνει επειδή το μεγαλύτερο μέρος της μάζας ενός νήματος είναι με τη μορφή Σκοτεινής Ύλης, η οποία είναι αόρατη στις παρατηρήσεις μας. Μπορούμε να χαρτογραφήσουμε μόνο τους ορατούς γαλαξίες και να τους χρησιμοποιήσουμε για να συμπεράνουμε την πραγματική μάζα και τη δομή του νήματος.

Πρόσφατα, οι ερευνητές πρότειναν μια μέθοδο για να γίνει ακριβώς αυτό. Βαθμονόμησαν τις μεθόδους τους σε κοσμολογικές προσομοιώσεις, οι οποίες παρακολουθούσαν την εξέλιξη της Σκοτεινής Ύλης, των άστρων και των γαλαξιών. Οι ερευνητές βρήκαν μια χρήσιμη σχέση μεταξύ μιας ποσότητας που ονομάζεται «διασπορά της ερυθράς μετατόπισης των γαλαξιών» και της υποκείμενης μάζας της Σκοτεινής Ύλης.

Κατά μέσο όρο, οι γαλαξίες απομακρύνονται από εμάς σε ένα διαστελλόμενο Σύμπαν. Ωστόσο, οι γαλαξίες μπορεί να έχουν κάποια πρόσθετη κίνηση λόγω του τοπικού βαρυτικού τους περιβάλλοντος. Έτσι, αν κοιτάξουμε ένα νήμα, για παράδειγμα, κάποιοι από τους γαλαξίες μπορεί να κινούνται ελαφρώς προς τη δική μας κατεύθυνση, ενώ άλλοι απομακρύνονται ελαφρώς. Οι γαλαξίες που κινούνται προς το μέρος μας θα έχουν μια ελαφρά κλίση προς το μπλε άκρο του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, ενώ οι γαλαξίες που απομακρύνονται από εμάς θα έχουν ελαφρά μετατόπιση προς το ερυθρό.

Οι ερευνητές πήραν τομές από κάθε νήμα και χαρτογράφησαν την κατανομή αυτών των μετατοπίσεων προς το ερυθρό για να πάρουν μια αίσθηση της διασποράς των ταχυτήτων των γαλαξιών. Στη συνέχεια, συνέδεσαν αυτή τη διασπορά στις ταχύτητες των γαλαξιών με την υποκείμενη μάζα της Σκοτεινής Ύλης σε αυτό το τμήμα του νήματος. Βρήκαν μια στενή σχέση μεταξύ αυτών των δύο μεγεθών, η οποία τους επέτρεψε να ανακατασκευάσουν τη μάζα της κρυμμένης Σκοτεινής Ύλης που βρίσκεται μέσα στο νήμα, χρησιμοποιώντας μόνο τις παρατηρήσιμες ιδιότητες των γαλαξιών.

Ωστόσο, αυτό είναι μόνο το πρώτο βήμα. Οι ερευνητές θα συνεχίσουν να μελετούν τη σχέση μεταξύ των ταχυτήτων των γαλαξιών και της μάζας της Σκοτεινής Ύλης για να δημιουργήσουν μια ικανή και σίγουρη μέθοδο για την εκτίμηση της. Από εκεί και πέρα, χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις, θα δουν πώς αλλάζουν αυτές οι ποσότητες σε διαφορετικά κοσμολογικά σενάρια. Το τελικό βήμα θα είναι να εφαρμόσουν αυτή την τεχνική σε πραγματικές έρευνες γαλαξιών για να δουν τι μας λένε τα νήματα για τις κρυφές γωνιές του Σύμπαντος.

[via]