Καθώς το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) μελετά μικροσκοπικούς και φωτεινούς γαλαξίες στο πρώιμο σύμπαν, θα μπορούσε ενδεχομένως να ρίξει φως στη σκοτεινή ύλη – το πιο μυστηριώδες υλικό στο σύμπαν.
Σε αυτό το συμπέρασμα κατέληξαν οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια που πραγματοποίησαν μια προσομοίωση του Κόσμου που παρακολουθεί το σχηματισμό μικρών γαλαξιών – ξεκινώντας λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτό φαίνεται ότι αύξησε τα διακυβεύματα για το JWST.
Οι μικροί γαλαξίες, που ονομάζονται επίσης νάνοι γαλαξίες, είναι διάσπαρτοι σε όλο το σύμπαν και οι επιστήμονες έχουν προτείνει ότι μπορεί να αντιπροσωπεύουν μερικούς από τους πρώτους γαλαξίες που σχηματίστηκαν. Αυτό σημαίνει ότι οι νάνοι γαλαξίες έχουν συχνά θεωρηθεί κλειδί για την κατανόηση του σχηματισμού και της εξέλιξης του σύμπαντος.
Το πρόβλημα, ωστόσο, είναι ότι αυτοί οι γαλαξίες δεν ανταποκρίνονται πάντα στις προσδοκίες των αστρονόμων. Για παράδειγμα, μερικά περιστρέφονται πιο γρήγορα από το αναμενόμενο και άλλα είναι λιγότερο πυκνά από ό,τι υποδηλώνουν οι προσομοιώσεις. Εδώ μπαίνει στο παιχνίδι η σκοτεινή ύλη.
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτές οι αινιγματικές αντιφάσεις μπορεί να υπάρχουν επειδή οι ερευνητές δεν έλαβαν υπόψη τον συνδυασμό αερίου και σκοτεινής ύλης στις προσομοιώσεις τους.
Σχετίζεται με: Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb παρατηρεί 19 σύνθετες δομές γαλαξιών με εκπληκτική λεπτομέρεια (Εικόνες)
Επομένως, η νέα προσομοίωση της ομάδας έλαβε υπόψη αυτές τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ της σκοτεινής ύλης και του αερίου και διαπίστωσε ότι οι πρώιμοι γαλαξίες σχηματίζονται μικρότεροι και πολύ φωτεινότεροι από εκείνους σε προσομοιώσεις που παραμελούν την αλληλεπίδραση. Οι επιστήμονες είδαν επίσης ότι οι γαλαξίες αναπτύχθηκαν πιο γρήγορα από άλλες ομάδες.
Ως εκ τούτου, η ομάδα του UCLA πιστεύει ότι οι αστρονόμοι που χρησιμοποιούν το JWST και άλλα τηλεσκόπια θα πρέπει να αρχίσουν να αναζητούν μικρούς, πρώιμους γαλαξίες που είναι πολύ φωτεινότεροι από το αναμενόμενο. Εάν αυτοί οι γαλαξίες δεν εμφανίζονται, τότε μπορεί να υπάρχει κάτι λάθος με τις θεωρίες μας για τη σκοτεινή ύλη.
Στο σκοτάδι για τη σκοτεινή ύλη
Η σκοτεινή ύλη προκαλεί τόσο πολύ πονοκέφαλο στους επιστήμονες επειδή δεν αλληλεπιδρά με το φως και επομένως είναι ουσιαστικά αόρατη σε εμάς.
Η ύλη που αποτελείται από αστέρια, αέρια, πλανήτες, το σώμα μας, τη γείτονά σας και σχεδόν όλα όσα βλέπετε γύρω σας αποτελούνται από άτομα που αποτελούνται από ηλεκτρόνια, πρωτόνια και νετρόνια. Αυτά ονομάζονται «βαρυόνια» και αλληλεπιδρούν με το φως. Έτσι οι επιστήμονες συνειδητοποίησαν ότι η σκοτεινή ύλη πρέπει να είναι φτιαγμένη από κάτι άλλο – κάτι «μη βαρυονικό».
Όλα αυτά σημαίνουν ότι, παρά το γεγονός ότι η σκοτεινή ύλη αποτελεί περίπου το 85% της μάζας στο σύμπαν, οι επιστήμονες δεν μπορούν να την ανιχνεύσουν άμεσα και δεν έχουν ξεκάθαρη ιδέα από τι αποτελείται.
Επειδή η σκοτεινή ύλη έχει μάζα, αλληλεπιδρά με τη βαρύτητα. Αυτό σημαίνει ότι η παρουσία του μπορεί να συναχθεί μέσω αυτών των βαρυτικών επιδράσεων Υπάρχοντα βαρυονική ύλη και στην πραγματικότητα φως.
Στην πραγματικότητα, ολόκληρη η έννοια της σκοτεινής ύλης υποτέθηκε αρχικά επειδή οι γαλαξίες περιστρέφονται τόσο γρήγορα που η βαρυτική επίδραση της βαρυονικής τους ύλης από μόνη της δεν θα μπορούσε να τους εμποδίσει να πετάξουν χώρια. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι είναι η επίδραση της αόρατης σκοτεινής ύλης που «κολλάει» τους γαλαξίες μεταξύ τους μέσω της βαρύτητας.
Οι επιστήμονες πιστεύουν επίσης ότι οι περισσότεροι γαλαξίες περιβάλλονται από τεράστια φωτοστέφανα σκοτεινής ύλης που υπερβαίνουν κατά πολύ την περιεκτικότητά τους σε ορατά αστέρια, αέρια και σκόνη. Πιστεύουν επίσης ότι αυτά τα φωτοστέφανα μπορεί να ήταν αναπόσπαστο μέρος του σχηματισμού και της εξέλιξης των γαλαξιών.
Στο επί του παρόντος προτιμώμενο μοντέλο της παγκόσμιας εξέλιξης, το «Κανονικό Κοσμολογικό Μοντέλο», η βαρυτική επίδραση συστάδων σκοτεινής ύλης που υπήρχαν στο Σύμπαν πριν από 13 δισεκατομμύρια χρόνια κατάφερε να προσελκύσει βαρυονική ύλη από αυτήν την ύλη
κανονικά παλιά άτομα.
Μόλις αυτή η «συνηθισμένη ύλη» έγινε αρκετά μαζική, κατέρρευσε και δημιούργησε τα πρώτα αστέρια. Μαζί με τη σκοτεινή ύλη, αυτά τα πρώτα αστέρια προσέλκυσαν περισσότερη βαρυονική ύλη, δημιουργώντας τους γαλαξίες γύρω τους.
Το Καθιερωμένο Μοντέλο περιλαμβάνει μια μορφή σκοτεινής ύλης που ονομάζεται «ψυχρή σκοτεινή ύλη», η οποία πήρε το όνομά της όχι επειδή είναι κρύο, αλλά επειδή κινείται πιο αργά από την ταχύτητα του φωτός (η θερμότητα είναι ένα μέτρο της ταχύτητας κίνησης των σωματιδίων). Η συσσώρευση αστεριών και γαλαξιών στο τυπικό κοσμολογικό μοντέλο θα ήταν επίσης αργή εάν βασίζονταν στην ψυχρή σκοτεινή ύλη.
Η βαρυονική ύλη, με τη μορφή υδρογόνου και αερίου ηλίου από τη Μεγάλη Έκρηξη, θα είχε περάσει από αυτές τις αργά κινούμενες συστάδες σκοτεινής ύλης με υπερηχητικές ταχύτητες σε αυτό το πρώιμο στάδιο της ιστορίας του σύμπαντος. Δηλαδή, μέχρι που τελικά η ύλη μπλέχτηκε και στη συνέχεια συναρμολογήθηκε σε γαλαξίες.
«Στην πραγματικότητα, αυτό ακριβώς συμβαίνει σε μοντέλα που δεν λαμβάνουν υπόψη το streaming», δήλωσε η Claire Williams, μέλος της ομάδας και μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο UCLA, σε μια δήλωση. «Το αέριο έλκεται από τη βαρυτική έλξη της σκοτεινής ύλης, σχηματίζοντας συστάδες και κόμβους αρκετά πυκνούς ώστε να συμβεί σύντηξη υδρογόνου, σχηματίζοντας αστέρια σαν τον ήλιο μας».
Ο Williams και οι συνεργάτες του ανακάλυψαν ότι το αέριο κατέληξε μακριά από τη σκοτεινή ύλη και τους αναπτυσσόμενους γαλαξίες όταν αυτό το λεγόμενο φαινόμενο ροής μεταξύ σκοτεινής και συνηθισμένης ύλης ελήφθη υπόψη στην προσομοίωσή τους, μέρος του εύστοχα ονομαζόμενου «Υπερηχητικού Έργου». Αυτό απέτρεψε τον άμεσο σχηματισμό άστρων.
Εκατομμύρια χρόνια αργότερα, το αέριο τελικά έπεσε πίσω στους γαλαξίες, προκαλώντας ένα έντονο κύμα σχηματισμού αστεριών που ονομάζεται «αστρική έκρηξη», δημιουργώντας γαλαξίες που είχαν πολύ περισσότερα νεαρά, καυτά αστέρια από τους συνηθισμένους μικρούς γαλαξίες. Για λίγο, αυτοί οι γαλαξίες με αστρική έκρηξη θα έπρεπε να έχουν λάμψει πολύ πιο φωτεινά από άλλους γαλαξίες.
«Ενώ η ροή κατέστειλε τον σχηματισμό άστρων στους μικρότερους γαλαξίες, επιτάχυνε επίσης το σχηματισμό άστρων σε νάνους γαλαξίες, προκαλώντας τους να ξεπερνούν τις μη ρέουσες περιοχές του σύμπαντος», εξήγησε ο Williams. «Προβλέπουμε ότι το τηλεσκόπιο JWST θα είναι σε θέση να βρει περιοχές του Σύμπαντος όπου οι γαλαξίες είναι φωτεινότεροι, ενισχυμένοι από αυτή την ταχύτητα».
«Το γεγονός ότι θα έπρεπε να είναι τόσο φωτεινοί θα μπορούσε να διευκολύνει το τηλεσκόπιο να ανιχνεύσει αυτούς τους μικρούς γαλαξίες, οι οποίοι συνήθως είναι εξαιρετικά δύσκολο να ανιχνευθούν μόλις 375 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη».
Το γεγονός ότι η σκοτεινή ύλη είναι ουσιαστικά αόρατη σημαίνει ότι αυτοί οι μικροί, φωτεινοί γαλαξίες στο πρώιμο σύμπαν θα παρείχαν έναν καλό δείκτη για τη δοκιμή της έννοιας της ψυχρής σκοτεινής ύλης. Αν αποτύχουν να τα ανακαλύψουν, οι επιστήμονες ίσως χρειαστεί να στραφούν σε άλλες θεωρίες.
Παρόμοιες αναρτήσεις:
— Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb καταγράφει εκπληκτική ματιά στα επεκτεινόμενα υπολείμματα σουπερνόβα (Φωτογραφίες)
– Η «παράξενη» κοσμική διελκυστίνδα στο νεφέλωμα του Ταραντούλα παράγει νέα αστέρια
– Οι πρώτοι γαλαξίες είχαν σχήμα σανίδες του σερφ και νουντλς πισίνας, βρίσκει το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb
«Η ανακάλυψη τμημάτων μικρών, φωτεινών γαλαξιών στο πρώιμο Σύμπαν θα επιβεβαίωνε ότι είμαστε στο σωστό δρόμο με το μοντέλο ψυχρής σκοτεινής ύλης, επειδή μόνο η ταχύτητα μεταξύ δύο τύπων ύλης μπορεί να παράγει τον τύπο γαλαξία που αναζητούμε. Ο Smadar Naoz, επικεφαλής της ομάδας Supersonic και καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο UCLA, είπε στη δήλωση. «Αν η σκοτεινή ύλη δεν συμπεριφέρεται όπως η κανονική ψυχρή σκοτεινή ύλη και δεν υπάρχει το φαινόμενο ροής, αυτοί οι φωτεινοί νάνοι γαλαξίες δεν θα βρεθούν και θα πρέπει να επιστρέψουμε στον πίνακα σχεδίασης».
Η έρευνα της ομάδας δημοσιεύεται στο The Astrophysical Journal Letters.