 |
Απεικόνιση της κατανομής των γαλαξιών σε μεγάλες κλίμακες, από σύγχρονες παρατηρήσεις (Sloan Digital Sky Survey) παρόμοιες με αυτές που ξεκίνησε ο Davis τη δεκαετία του '80. Στο κέντρο του κύκλου βρίσκεται ο Γαλαξίας μας. Κάθε κουκκίδα αντιστοιχεί σε ένα μακρινό γαλαξία. Μεγάλη πυκνότητα γαλαξιών δείχνεται με έντονο μαύρο χρώμα. Η ακτινική διεύθυνση αντιστοιχεί στην απόσταση κάθε γαλαξία από το δικό μας. Οι γωνίες στην περιφέρεια του κύκλου δείχνουν διαφορετικές κατευθύνσεις παρατήρησης στον ουρανό. Οι γαλαξίες κατανέμονται σε νηματοειδής σχηματισμούς, οι οποίοι ενώνονται σε ομάδες, σμήνη και υπερσμήνη γαλαξιών. Μεταξύ τους υπάρχουν περιοχές χαμηλής πυκνότητας (κοσμικά κενά). Σημεία εμφανίζονται σε συγκεκριμένες γωνίες και όχι σε ολόκληρη την κυκλική επιφάνεια γιατί η συγκεκριμένη επισκόπηση δεν καλύπτει όλο τον ουρανό. |
Για το 2011 το βραβείο Gruber στην κοσμολογία απονεμήθηκε στους αστροφυσικούς Roger Davis, Carlos Frenk, Simon White και τον κυπριακής καταγωγής Γεώργιο Ευσταθίου, γνωστοί και ως συμμορία των τεσσάρων, οι οποίοι στη δεκαετία του 80 ανέπτυξαν πρωτοποριακές αριθμητικές μεθόδους που τους επέτρεψαν να ερμηνεύσουν την δημιουργία των δομών που παρατηρούμε στο Σύμπαν (ομάδες, σμήνη και υπερσμήνη γαλαξιών).
Η αρχή της συνεργασίας των τεσσάρων αστροφυσικών ξεκίνησε το 1981 από μια πρωτοποριακή για την εποχή επισκόπηση του ουρανού, με επικεφαλής τον Davis, η οποία μέτρησε τις αποστάσεις περίπου 2500 γαλαξιών. Οι παρατηρήσεις έδειξαν, για πρώτη φορά, ότι η κατανομή των γαλαξιών στο χώρο μοιάζει με ιστό αράχνης. Συγκεντρώνονται σε μακριές ίνες και υπερσμήνη, τα οποία διαχωρίζονται από κοσμικά κενά, όπου η πυκνότητα της ύλης είναι πολύ χαμηλότερη από το μέσο όρο (Σχήμα 1).
Την εποχή εκείνη υπήρχαν δύο ανταγωνιστικές κοσμολογικές θεωρίες για τη δημιουργία των δομών μεγάλης κλίμακας στο Σύμπαν. Και οι δύο απαιτούσαν την ύπαρξη σκοτεινής ύλης, μυστηριώδη σωματίδια τα οποία δεν εκπέμπουν ακτινοβολία αλλά κάνουν αισθητή την παρουσία τους μέσω της βαρυτικής έλξης που ασκούν στη συνήθη (φωτεινή) ύλη. Η ύπαρξη της σκοτεινής ύλης, ως κυρίαρχης μορφής ύλης στο Σύμπαν για την οποία όμως ακόμη και σήμερα δεν γνωρίζουμε τίποτα, είχε γίνει αποδεκτή μία δεκαετία νωρίτερα για τη ερμηνεία της περιστροφής αστέρων γύρω από τα κέντρα σπειροειδών γαλαξιών. Η μία κοσμολογική θεωρία υπέθεται ότι η σκοτεινή ύλη είναι θερμή, αποτελείται δηλαδή από σωμάτια που κινούνταν με ταχύτητες κοντά σε αυτή του φωτός. Η εναλλακτική θεωρία υπαγόρευε ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης είναι ψυχρά, κινούνται με ταχύτητες πολύ μικρότερες από αυτή του φωτός.
 |
Αποτελέσματα προσομοιώσεων παρόμοιων με αυτές που ανέπτυξαν οι Ευσταθίου, Frenk, White και Davis. Και στις δύο εικόνες φαίνεται η κατανομή της ύλης στο Σύμπαν. Το κόκκινο χρώμα αντιστοιχεί σε περιοχές μεγάλης πυκνότητας ενώ το μπλε αντιστοιχεί σε χαμηλές πυκνότητες ύλης. Στα αριστερά φαίνεται η προσομοίωση για θερμή σκοτεινή ύλη, ενώ στα δεξιά η σκοτεινή ύλη είναι ψυχρή. Η υπόθεση της ψυχρής σκοτεινής ύλης παράγει νηματοειδής σχηματισμούς και συγκεντρώσεις μάζας που μοιάζουν με αυτά που παρατηρούμε (Σχήμα 1). |
Ο Ευσταθίου είχε την ιδέα να προσαρμόσει στην κοσμολογία υπολογιστικές τεχνικές που χρησιμοποιούνταν σε προσομοιώσεις φυσικής στερεάς κατάστασης για τη μελέτη μικροκρυστάλλών. Στη συνέχεια οι Davis, Frenk και White χρησιμοποίησαν την μεθοδολογία του Ευσταθίου για να προβλέψουν πως εξελίσσονται οι δομές στο Σύμπαν υπό την επίδραση της βαρύτητας. Οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι αν η σκοτεινή ύλη είναι θερμή το Σύμπαν παραμένει ομοιόμορφο και δεν αποκτά ποτέ τη μορφή ιστού αράχνης (βλέπε Σχήμα 2). Αντίθετα η ψυχρή σκοτεινή ύλη παράγει συγκεντρώσεις ύλης που μοιάζουν με την παρατήρηση.
Η έρευνα της συμμορίας των τεσσάρων έθεσε τις βάσεις για την εικόνα που έχουμε για το Σύμπαν σήμερα: κυριαρχείται από την μυστηριώδη ψυχρή σκοτεινή ύλη, αλλά και την ακόμη πιο αινιγματική σκοτεινή ενέργεια που αντιτίθεται στη βαρύτητα και επιτρέπει στο Σύμπαν να επιταχύνεται. Αν και οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν τι είναι η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια, οι παραπάνω υποθέσεις είναι σε θέση να αναπαράγουν με μεγάλη ακρίβεια την παρατηρούμενη κατανομή της ύλης σε μεγάλες κλίμακες (σμήνη, υπερσμήνη, κοσμικά κενά).