Η σκοτεινή ύλη αψηφά τις υπάρχουσες θεωρίες

Αστρονόμοι χρησιμοποιώντας δεδομένα από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble έχουν παρατηρήσει μια μεγάλη συγκέντρωση σκοτεινής ύλης να μένει πίσω μετά από μια σύγκρουση μεταξύ δύο γαλαξιών. Το αποτέλεσμα αυτό θα μπορούσε να αμφισβητήσει τις τρέχουσες θεωρίες για τη σκοτεινή ύλη, που προβλέπουν ότι οι γαλαξίες πρέπει να είναι ‘αγκυροβολημένες’ μέσα στην αόρατη ουσία, ακόμη και κατά τη διάρκεια της σύγκρουσης.

Η σύνθετη εικόνα δείχνει την κατανομή της σκοτεινής ύλης, των γαλαξιών και του καυτού αερίου στον πυρήνα του σμήνους των γαλαξιών Abell 520, που προέκυψε από μια βίαιη σύγκρουση μεγάλων γαλαξιακών σμηνών. Η πραγματική εικόνα των γαλαξιών λήφθηκε με το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble της NASA και ένα τηλεσκόπιο στη Χαβάη. Πάνω σε αυτή την εικόνα προστέθηκαν χάρτες με "ψευδοχρώματα" που δείχνουν τη συγκέντρωση αστρικού φωτός, καυτό αέριο και σκοτεινή ύλη στο σμήνος.

Το αντικείμενο Abell 520 προέρχεται από μία γιγαντιαία συγχώνευση δύο γαλαξιακών σμηνών και βρίσκεται 2,4 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά μας. Η σκοτεινή ύλη δεν είναι μεν ορατή, αλλά η παρουσία και η κατανομή της βρίσκεται έμμεσα μέσω της βαρυτικής επίδρασής της. Η σκοτεινή ύλη μπορεί να λειτουργήσει σαν ένας μεγεθυντικός φακός, λυγίζοντας και στρεβλώνοντας το φως από γαλαξίες και σμήνη που βρίσκονται πίσω της – στο παρασκήνιο. Οι αστρονόμοι μπορούν έτσι να χρησιμοποιήσουν αυτό το φαινόμενο, που ονομάζεται βαρυτικός εστιασμός, για να συμπεράνουν την παρουσία της σκοτεινής ύλης σε μεγάλα σμήνη γαλαξιών.

Η τεχνική αυτή αποκάλυψε την σκοτεινή ύλη στο Abell 520 είχαν συγκεντρωθεί σε ένα "σκοτεινό πυρήνα", που περιέχουν πολύ λιγότερα από ό, τι οι γαλαξίες θα αναμενόταν εάν η σκοτεινή ύλη και τους γαλαξίες δέθηκαν μαζί. Οι περισσότεροι από τους γαλαξίες φαίνεται να πλεύσει μακριά από τη σύγκρουση.

Το φως από τα άστρα στους γαλαξίες είναι χρώματος πορτοκαλί. Οι πράσινες περιοχές δείχνουν το καυτό αέριο,  και είναι απόδειξη ότι η σύγκρουση έλαβε χώρα. Οι μπλε περιοχές εντοπίζουν τη θέση του μεγαλύτερου μέρους της μάζας του σμήνους, η οποία κυριαρχείται από σκοτεινή ύλη. Η σκοτεινή ύλη είναι μια αόρατη ουσία που αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος όλης της μάζας του σύμπαντος. Ο χάρτης της σκοτεινής ύλης προήλθε από τις παρατηρήσεις του Hubble, με την ανίχνευση πώς το φως από μακρινά αντικείμενα διαστρεβλώνεται από τα σμήνη των γαλαξιών, ένα φαινόμενο του βαρυτικού εστιασμού.

Ο συνδυασμός μπλε και πράσινου στο κέντρο της εικόνας αποκαλύπτει ότι ένα μεγάλο κομμάτι σκοτεινής ύλης κατοικεί κοντά στο μεγαλύτερο μέρος του καυτού αερίου, όπου βρίσκονται πολύ λίγοι γαλαξίες. Το εύρημα αυτό επιβεβαιώνει προηγούμενες παρατηρήσεις του πυρήνα της σκοτεινής ύλης μέσα στο σμήνος. Το αποτέλεσμα όμως αυτό θα μπορούσε να αποτελέσει πρόκληση για τις βασικές θεωρίες της σκοτεινής ύλης, οι οποίες προβλέπουν ότι οι γαλαξίες πρέπει να είναι ενσωματωμένοι μέσα στην σκοτεινή ύλη, ακόμα και κατά τη διάρκεια της σύγκρουσης.

"Το αποτέλεσμα αυτό αποτελεί αίνιγμα”, δήλωσε ο αστρονόμος James Jee από το Πανεπιστήμιο στο Ντέιβις, επικεφαλής της έρευνας η οποία δημοσιεύεται στο Astrophysical Journal. "Η σκοτεινή ύλη δεν συμπεριφέρεται όπως αναμενόταν, και δεν είναι ξεκαθαρισμένο το τι συμβαίνει. Είναι δύσκολο να εξηγηθεί αυτή η παρατήρηση του Hubble με τις σημερινές θεωρίες του σχηματισμού των γαλαξιών και της σκοτεινής ύλης."

Οι αρχικές ανιχνεύσεις της σκοτεινής ύλης στο σμήνος, το 2007, ήταν τόσο ασυνήθιστες που οι αστρονόμοι τις αποσιώπησαν ως εξωπραγματικές, λόγω των φτωχών δεδομένων. Τα νέα αποτελέσματα όμως από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble επιβεβαιώνουν ότι η σκοτεινή ύλη και οι γαλαξίες διαχωρίζονται στο σμήνος Abel 520.

Δηλαδή οι αστρονόμοι διαπίστωσαν ότι ο πυρήνα του συστήματος ήταν πλούσιος σε σκοτεινή ύλη και καυτό αέριο, αλλά δεν περιείχε φωτεινούς γαλαξίες, που κανονικά θα έπρεπε να ήταν στην ίδια θέση με τη σκοτεινή ύλη.

Η ομάδα πρότεινε πολλές εξηγήσεις για τα ευρήματα αυτά, αλλά η κάθε μία είναι ενοχλητική για τους αστρονόμους. Στο πρώτο σενάριο, το οποίο θα έχει συγκλονιστικές επιπτώσεις, κάποια σκοτεινή ύλη μπορεί να "κολλάει". Σαν δύο χιονόμπαλες που συντρίβονται μαζί, η κανονική ύλη κατά τη διάρκεια μιας σύγκρουσης επιβραδύνεται. Ωστόσο, μεγάλες συγκεντρώσεις σκοτεινής ύλης πιστεύεται ότι περνούν η μία μέσα από την άλλη κατά τη διάρκεια μιας σύγκρουσης τους, χωρίς όμως να επιβραδύνονται. Αυτό το σενάριο προτείνει ότι κάποια σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά με τον εαυτό της και μένει πίσω κατά τη διάρκεια μιας σύγκρουσης.

Το σμήνος Bullet Cluster σχηματίστηκε από τη σύγκρουση δύο ξεχωριστών σμηνών πριν από 100 εκατομμύρια χρόνια. Από αυτή τη σύγκρουση διαχωρίστηκε η ορατή ύλη (στα δύο κόκκινα σφαιρικά νέφη δεξιά και αριστερά) από την σκοτεινή ύλη (οι δύο μπλε περιοχές).

Μια άλλη πιθανή εξήγηση για την ασυμφωνία είναι ότι το Abell 520 έχει προκύψει από μια πιο πολύπλοκη αλληλεπίδραση από ότι η σύγκρουση στο Bullet Cluster. Το Abell 520 μπορεί να έχει δημιουργηθεί από μια σύγκρουση ανάμεσα σε τρία σμήνη γαλαξιών, κι όχι μόνο δύο που συγκρούστηκαν στην περίπτωση του Bullet Cluster.

Μια τρίτη πιθανότητα είναι ότι ο κεντρικός πυρήνας περιείχε πολλούς γαλαξίες, αλλά ήταν πολύ αμυδροί για να τους δούμε, έστω και με το Hubble. Οι γαλαξίες θα έπρεπε να είχαν πολύ λιγότερα αστέρια από ότι οι άλλοι φυσιολογικοί γαλαξίες.

Οπλισμένοι με τα δεδομένα του Hubble, η ομάδα θα προσπαθήσει να δημιουργήσει μια προσομοίωση σε υπολογιστή για να ανακατασκευάσει τη σύγκρουση και να δούμε αν παράγει κάποιες απαντήσεις στην παράξενη συμπεριφορά της σκοτεινής ύλης.

Πηγη

Posted in: Διάστημα, επιστήμη