Η Σκοτεινή Ύλη είχε λιγότερη επιρροή στους γαλαξίες στο πρώιμο σύμπαν

Νέες παρατηρήσεις, με το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο στο Νότιο Ευρωπαϊκό Παρατηρητήριο (ESO), στη Χιλή, δείχνουν ότι γαλαξιακοί δίσκοι μεγάλης μάζας όταν σχηματίζονταν άστρα, στο πρώιμο σύμπαν επηρεάζονταν λιγότερο από τη σκοτεινή ύλη από ότι οι γαλαξίες σήμερα. Κατά τη διάρκεια εκείνης της έντονης εποχής διαμόρφωσης, 10 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι οι γαλαξίες κυριαρχούνταν από βαρυονική ή «κανονική» ύλη. Αυτό αποτελεί έκπληξη, επειδή οι γαλαξίες και η σκοτεινή ύλη πάνε χέρι-χέρι και είναι σε αντίθεση με τους γαλαξίες σήμερα, όπου οι επιδράσεις της σκοτεινής ύλης φαίνεται ότι είναι πολύ εντονότερες.
Βλέπουμε την κανονική ύλη ως φωτεινά άστρα που λάμπουν, λαμπερά αέρια και νέφη σκόνης. Όμως, η πιο δυσνόητη σκοτεινή ύλη δεν εκπέμπει, απορροφά ή αντανακλά το φως και μπορεί να παρατηρηθεί μόνο μέσω των βαρυτικών της επιδράσεων. Η πρώτη άμεση απόδειξη της σκοτεινής ύλης παρουσιάστηκε στα τέλη της δεκαετίας του 1970, όταν οι Vera Rubin και Kent Ford παρατήρησαν τον γαλαξία της Ανδρομέδας να περιστρέφεται όχι όπως «έπρεπε». Τα άστρα και το αέριο στα άκρα του κινούνταν το ίδιο γρήγορα με τα άστρα και το αέριο κοντά στο κέντρο του. Αυτό είναι περίεργο επειδή είναι αντίθετο με τους ισχύοντες νόμους της κίνησης που «θέλουν» τους πλανήτες πιο κοντά στον ήλιο – ή τα άστρα πιο κοντά στο κέντρο ενός γαλαξία – να περιστρέφονται πιο γρήγορα στην τροχιά τους. Για να κινούνται τα άστρα στα άκρα του γαλαξία με την ίδια ταχύτητα, όπως τα άστρα κοντά στο κέντρο του γαλαξία, προτάθηκε στη δεκαετία του 1970 ότι αυτό που θεωρούνταν ως άκρο ενός γαλαξία δεν ήταν το άκρο τελικά. Έτσι οι αστρονόμοι άρχισαν να μιλάνε για μια ευρεία άλω από αφανή ύλη – ή σκοτεινή ύλη – που περιβάλλει τους γαλαξίες. Από τότε μιλάνε για σκοτεινή ύλη.

Η παρουσία, λοιπόν, της σκοτεινής ύλης μπορεί να εξηγήσει γιατί τα εξωτερικά μέρη των κοντινών σπιράλ γαλαξιών περιστρέφονται πιο γρήγορα από ότι θα αναμένονταν εάν ήταν παρούσα μόνο η κανονική ύλη, που μπορούμε να δούμε άμεσα. Και τώρα τι; Τώρα, μια διεθνής ομάδα αστρονόμων, υπό την ηγεσία του Reinhard Genzel στο Ινστιτούτο Max Planck για την Εξωγήινη Φυσική, στη Γερμανία, χρησιμοποίησε ειδικά όργανα στο Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο του ESO, για να μετρήσει την περιστροφή έξι μεγάλης μάζας γαλαξίες, στο απόμακρο σύμπαν στην αιχμή της διαμόρφωσης των γαλαξιών 10 δισεκατομμύρια χρόνια πριν.

Αυτό που βρήκαν οι ερευνητές ήταν προκλητικό: Αντίθετα με τους σπιράλ γαλαξίες στο σύγχρονο σύμπαν, οι εξωτερικές περιοχές αυτών των απομακρυσμένων γαλαξιών φαίνονται να περιστρέφονται πιο αργά από ότι οι περιοχές πλησιέστερα στον πυρήνα – πράγμα που υποστηρίζει ότι υπάρχει λιγότερη σκοτεινή ύλη παρούσα από ότι αναμένονταν.
«Παραδόξως, οι ταχύτητες περιστροφής δεν είναι σταθερές, αλλά μειώνονται περισσότερο έξω από τους γαλαξίες», σχολιάζει ο Reinhard Genzel που υπογράφει, μαζί με άλλους, τη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Nature. «Υπάρχουν πιθανώς δυο αιτίες για αυτό. Πρώτον, οι περισσότεροι από αυτούς τους πρώιμους γαλαξίες μεγάλης μάζας κυριαρχούνται σε μεγάλο βαθμό από κανονική ύλη, με την σκοτεινή ύλη να παίζει πολύ μικρότερο ρόλο από ότι στο τοπικό σύμπαν. Δεύτερον, αυτοί ο πρώιμοι δίσκοι ήταν πολύ περισσότερο ταραχώδεις από ότι οι σπιράλ γαλαξίες που βλέπουμε σήμερα στην κοσμική μας γειτονιά».
Και ο δυο επιδράσεις φαίνονται να γίνονται πιο σημαντικές καθώς οι αστρονόμοι κοιτούν όλο και περισσότερο πίσω στο χρόνο, στο πρώιμο σύμπαν. Αυτό δείχνει ότι 3 με 4 δισεκατομμύρια χρόνια μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη, το αέριο στους γαλαξίες είχε ήδη συμπυκνωθεί αποτελεσματικά σε επίπεδους περιστρεφόμενους δίσκους, ενώ η άλως της σκοτεινής ύλης που τους περιέβαλε ήταν πιο ευρεία και περισσότερο απλωμένη. Προφανώς χρειάστηκε δισεκατομμύρια χρόνια περισσότερο για να συμπυκνωθεί η σκοτεινή ύλη, έτσι επιπτώσεις της κυριαρχίας της φαίνονται μόνο στις ταχύτητες περιστροφής των γαλαξιακών δίσκων σήμερα. Αυτή η εξήγηση είναι συνεπής με τις παρατηρήσεις που δείχνουν ότι οι πρώιμοι γαλαξίες ήταν πολύ πλουσιότεροι σε αέριο και πιο συμπαγείς από ότι οι σημερινοί γαλαξίες.
Συμπερασματικά, αυτό το νέο αποτέλεσμα δεν θέτει υπό αμφισβήτηση την ανάγκη για τη σκοτεινή ύλη ως θεμελιώδες συστατικό του σύμπαντος ή το ολικό της ποσό. Μάλλον υποστηρίζει ότι η σκοτεινή ύλη ήταν διαφορετικά κατανεμημένη μέσα και γύρω στους γαλαξιακούς δίσκους στους πρώιμους καιρούς, σε σύγκριση με το σήμερα.

Πηγές: ESO και EarthSky   egno.gr

Περισσότερα στη δημοσίευση: Strongly baryon-dominated disk galaxies at the peak of galaxy formation ten billion years ago. Nature.