Custom Search

Δευτέρα 31 Ιανουαρίου 2011

Η αρχή του τέλους του καθιερωμένου κοσμολογικού μοντέλου;

Το σμήνος γαλαξιών SPT-CL J2106-5844. Η εικόνα είναι συνδιασμός
οπτικών και υπέρυθρων παρατηρήσεων και δείχνει υψηλή συγκέντρωση 
γαλαξιών. Οι καμπύλες αντοιστοιχούν στις μικροκυματικές παρατηρήσεις
από το τηλεσκόπιο του Νότιου Πόλου, στις οποίες βασίστικε η 
ανακάλυψη του SPT-CL J2106-5844.
Ένα άτυπος αγώνας δρόμου έχει ξεκινήσει εδώ και μερικά χρόνια μεταξύ αστρονόμων για την ανακάλυψη σμηνών γαλαξιών μεγάλης μάζας στο μακρινό Σύμπαν. Ο λόγος; Ο αριθμός των αντικείμενων αυτών είναι ευαίσθητος σε βασικές κοσμολογικές παραμέτρους που περιγράφουν την δημιουργία και την εξέλιξη του Σύμπαντος. Σε ορισμένα κοσμολογικά μοντέλα παραδείγματος χάρη, δεν αναμένεται κανένα μεγάλης μάζας σμήνος γαλαξιών στο νεαρό Σύμπαν. Συνεπώς η ανακάλυψη έστω και ενός τέτοιου αντικείμενου θα απέρριπτε άμεσα τις συγκεκριμένες κοσμολογίες.


Ομάδα αστρονόμων έθεσε πρόσφατα νέο ρεκόρ στην αναζήτηση μακρινών σμηνών γαλαξιών. Σε απόσταση 7 δις ετών φωτός και με βάρος περίπου 800 τρισεκατομμύρια ήλιοι, ανακάλυψαν το πιο μαζικό γαλαξιακό σμήνος που έχει βρεθεί σε τόσο μεγάλη απόσταση. 


Σε αντίθεση με προηγούμενες προσπάθειες, οι αστρονόμοι αναζήτησαν σμήνη γαλαξιών μέσω των στρεβλώσεων που δημιουργούν στο σχεδόν ομοιόμορφο πεδίο της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου, το απομεινάρι της Μεγάλης Έκρηξης. Ενώ η πλειοψηφία των φωτονίων της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου ταξιδεύουν ανεμπόδιστα στο σχεδόν κενό χωροχρόνο, κάποια από αυτά σκεδάζονται καθώς διασχίζουν τις πυκνές περιοχές σμηνών γαλαξιών, δημιουργώντας χαρακτηριστικές τρύπες σε χάρτες του ουρανού στα μικροκύματα. Το φαινόμενο αυτό είχε προβλεφθεί θεωρητικά πριν από περίπου 40 χρόνια από τους Ρώσους αστροφυσικούς Rashid Sunyaev και Yakov Zel'dovich. Μόνο τώρα όμως οι τεχνολογικές εξελίξεις επέτρεψαν την εφαρμογή της θεωρίας των  Sunyaev και Zel'dovich στον εντοπισμό σμηνών γαλαξιών. 


Για το σκοπό αυτό ομάδα αστρονόμων από τις ΗΠΑ έφτιαξαν και λειτουργούν ένα νέο τηλεσκόπιο μικροκυμάτων διαμέτρου 10 μέτρων το οποίο τοποθέτησαν σε υψόμετρο 2800 μέτρων στον αφιλόξενο Νότιο Πόλο, μια από τις καλύτερες περιοχές στη Γη, λόγω ξηρότητας και σταθερότητας της ατμόσφαιρας, για παρατηρήσεις στα μικροκύματα. Το τηλεσκόπιο του Νότιου Πόλου σαρώσει εδώ και 4 χρόνια το 10% της συνολικής επιφάνεια του ουρανού (2500 τετραγωνικές μοίρες). Ανάλυση των πρώτων δεδομένων από τη προσπάθεια αυτή ανέδειξε 26 σμήνη γαλαξιών, τα μισά από τα οποία ανακαλύπτονται για πρώτη φόρα. Μεταξύ αυτών και το  SPT-CL J2106-5844, το πιο μεγάλο γαλαξιακό σμήνος γαλαξιών που έχει βρεθεί σε απόσταση μεγαλύτερη των 7 δισεκατομμυρίων ετών φωτός.


Η ανακάλυψη αυτή κάνει πολλούς κοσμολόγους να νιώθουν άβολα. Σύμφωνα με το καθιερωμένο κοσμολογικό μοντέλο, σύμφωνα με το οποίο το Σύμπαν κυριαρχείται από ψυχρή (μη σχετικιστική) σκοτεινή ύλη και στο οποίο οι αστρονόμοι βασίζονται για τους υπολογισμούς τους, η πιθανότητα εύρεσης ενός σμήνους γαλαξιών σαν το SPT-CL J2106-5844 στην περιοχή του ουράνιας σφαίρας που σαρώνει το τηλεσκόπιο του Νότιου Πόλου είναι μόλις 7%. Επιπλέον μόνο ένα τέτοιο σμήνος αναμένεται σε ολόκληρο τον ουρανό. 

Είτε οι ερευνητές που ανακάλυψαν το SPT-CL J2106-5844 είναι εξαιρετικά τυχεροί, είτε βασικές παράμετροι του καθιερωμένου κοσμολογικού μοντέλο πρέπει να αναθεωρηθούν. 

Δευτέρα 3 Ιανουαρίου 2011

Κοσμικές συγκρούσεις.

Η εφαρμογή GalaxyZoο (βλέπε ενότητα Help an Astronomer) επιτρέπει σε μη εξειδικευμένο κοινό να πάρει μέρος στην αστρονομική έρευνα ταξινομώντας μορφολογικά γαλαξίες από τη μεγαλύτερη σε επιφάνεια ψηφιακή επισκόπηση του ουρανού, το Sloan Digital Sky Survey (SDSS).  Ένα από τα πλέον σημαντικά επιστημονικά αποτελέσματα του GalaxyZoο, το οποίο απέσπασε μεγάλη δημοσιότητα, είναι η ανακάλυψη της ηχού ενός Quasar ο οποίος έσβησε πριν από περίπου 70 χιλιάδες χρόνια (Hanny's Voorwerp). 


Νέα εργασία που βασίζεται στο GalaxyZoο παρουσιάζει συστήματα γαλαξιών στο κοντινό Σύμπαν (περίπου 1 δις έτη φωτός μακριά) με τουλάχιστον 3 μέλη τα οποία αλληλεπιδρούν βαρυτικά και πρόκειται να συνενωθούν σε ένα σώμα στα επόμενα 1-2 δισεκατομμύρια χρόνια. Η λίστα περιλαμβάνει μόλις 39 αντικείμενα, νούμερο εξαιρετικά μικρό σε σχέση με το αρχικό δείγμα των μερικών εκατομμυρίων γαλαξιών. Αυτό δείχνει πόσο σπάνιες είναι οι βαρυτικές αλληλεπιδράσεις τουλάχιστον 3 σωμάτων, άμεση συνέπεια της χαμηλής πυκνότητας του ενδογαλαξιακού χώρου. 




Οι οπτικές φωτογραφίες των 39 αλληλεπιδρώντων συστημάτων είναι πραγματικά απολαυστικές (βλέπε εικόνα): πολλαπλοί πυρήνες, ασύμμετρη κατανομή φωτός, αστέρια που σχηματίζουν ουρές καθώς εκσφενδονίζονται μακρυά από το συστήματα υπό την επίδραση της βαρύτητας, λωρίδες σκόνης. 


Όμως πέρα από τις εντυπωσιακές εικόνες, αυτό που τράβηξε την προσοχή των αστρονόμων είναι ότι η πλειοψηφία των αλληλεπιδρώντων γαλαξιών είναι κόκκινοι ελλειπτικού τύπου, οι οποίοι έχουν στερέψει από αέριο, την πρώτη ύλη για την παραγωγή άστρων. Σε αντίθεση με το νεαρό Σύμπαν, όπου υπάρχουν ενδείξεις ότι οι γαλαξίες είναι πλούσιοι σε αέριο και συνεπώς οι συνενώσεις τους πιστεύεται ότι πυροδοτούν τη βίαιη δημιουργία άστρων, στο τωρινό Σύμπαν αυτού του τύπου οι αλληλεπιδράσεις είναι σπάνιες. 


Το ενθαρρυντικό είναι ότι πρόσφατες προσομοιώσεις της δημιουργίας και της εξέλιξης  γαλαξιών στο Σύμπαν είναι σε ποιοτική συμφωνία με τα χαρακτηριστικά των 39 αλληλεπιδρώντων συστημάτων που ανακάλυψαν φίλοι της αστρονομίας μέσω της εφαρμογής GalaxyZoο. Παρά την πολυπλοκότητα του προβλήματος, φαίνεται ότι οι σχετικά απλοϊκές, ακόμη, υποθέσεις των αστρονόμων για τις φυσικές διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα είναι δυνατό να περιγράψουν, έστω και χονδρικά, πως τα δισεκατομμύρια των γαλαξιών που παρατηρούμε στο νυχτερινό ουρανό δημιουργούνται και εξελίσσονται από το πρώιμο Σύμπαν μέχρι σήμερα.