Μικρότερη η παρουσία σκοτεινής ύλης στους «αρχαίους» γαλαξίες. Dark matter less influential in galaxies in early universe

Σχηματική αναπαράσταση περιστρεφόμενων γαλαξιακών δίσκων στο πρώιμο σύμπαν (δεξιά) και σήμερα (αριστερά). Schematic representation of rotating disc galaxies in the early Universe (right) and the present day (left). New observations from ESO’s Very Large Telescope (VLT) suggest that such massive star-forming disc galaxies in the early Universe were less influenced by dark matter (shown in red), as it was less concentrated. As a result the outer parts of distant galaxies rotate more slowly than comparable regions of galaxies in the local Universe. Credit: ESO/L. Calçada

Με βάση τους υπολογισμούς των κοσμολόγων, η σκοτεινή ύλη αποτελεί το 27% περίπου της ενέργειας – ύλης του σύμπαντος, με συνέπεια να είναι πολλαπλάσια από τη συμβατική ύλη, το ποσοστό της οποίας δεν ξεπερνά το 5%.

Καθώς η σκοτεινή ύλη δεν έχει ανιχνευθεί μέχρι σήμερα, εκτιμήσεις όπως οι παραπάνω προέρχονται από τη βαρυτική αλληλεπίδραση που ασκεί αυτή σε κοσμικές δομές όπως οι γαλαξίες. Εξάλλου, οι παρατηρούμενες ανωμαλίες στην κίνηση των σπειροειδών γαλαξιών, όπου τα εξωτερικά τους τμήματα περιστρέφονται πιο γρήγορα απ’ ό,τι αν υπήρχε μόνο η συμβατική ύλη, ήταν η αιτία για την υπόθεση ύπαρξης αυτής της «εξωτικής» μορφής ύλης, ήδη από τη δεκαετία του 1930.

Τώρα όμως, μία διεθνής ομάδα αστρονόμων διαπίστωσε πως η σκοτεινή ύλη έπαιζε μικρότερο ρόλο στο πρώιμο σύμπαν. Κι αυτό γιατί, μελετώντας 6 «αρχαίους» γαλαξίες, ανακάλυψε πως οι εξωτερικές τους περιοχές περιστρέφονται πιο αργά από τα τμήματα στο κέντρο τους.

Οι επιστήμονες εξέτασαν γαλαξίες που δημιουργήθηκαν πριν από 10 δισεκατομμύρια χρόνια. Για να τους αναλύσουν, χρησιμοποίησαν το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο στη Χιλή.

A hydrogen signature reveals the structure of six galaxies (top, bright regions appear red) observed with the Very Large Telescope in Chile. The signature also shows the velocities (bottom) of stars in the galaxies (blue regions are moving toward the telescope; red areas, away). Stars farther from the galactic center unexpectedly appear to move more slowly than stars closer in. © MPE

Τα αποτελέσματά τους δείχνουν πως, σε αντίθεση με τους σπειροειδείς γαλαξίες που σχηματίσθηκαν σε επόμενες φάσεις της συμπαντικής εξέλιξης, σε αυτές τις κοσμικές δομές οι εξωτερικές τους περιοχές φαίνεται να περιστρέφονται πιο αργά, συγκριτικά με τα τμήματα που βρίσκονται πιο κοντά στον «πυρήνα» τους.

Αυτό υποδεικνύει πως περιέχουν λιγότερη σκοτεινή ύλη. Επομένως, τα χαρακτηριστικά τους φαίνεται πως καθορίζονται περισσότερο από τη συμβατική ύλη που περιέχουν.

Πιο συγκεκριμένα η ενεργός ακτίνα, δηλαδή η περιοχή από την οποία προέρχεται το 50% της φωτεινότητας ενός γαλαξία, εκτιμάται πως αποτελείται από 50-80% από σκοτεινή ύλη, στην περίπτωση του Γαλαξία μας και των υπόλοιπων κοσμικών δομών που σχηματίσθηκαν σε σχετικά πρόσφατες φάσεις της «ιστορίας» του σύμπαντος.

Αντίθετα, στους μισούς από τους γαλαξίες από το πρώιμο σύμπαν που μελέτησαν οι επιστήμονες, το ποσοστό της σκοτεινής ύλης για την αντίστοιχη περιοχή δεν υπερβαίνει το 10%.

Οι ερευνητές υποθέτουν πως, 3 με 4 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, τα αέρια των γαλαξιών ήταν συμπιεσμένα με πεπλατυσμένους, περιστρεφόμενους δίσκους. Η σκοτεινή ύλη περιέβαλλε αυτούς τους δίσκους, με συνέπεια να είναι αρκετά διασκορπισμένη.

Επομένως, φαίνεται πως χρειάστηκαν χρόνια για να συσσωρευθεί η σκοτεινή ύλη σε μικρότερο χώρο, κάτι που θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί διαδραματίζει μεγαλύτερο ρόλο στην περιστροφή των πιο πρόσφατων γαλαξιών. Η υπόθεση αυτή συμφωνεί επίσης με το γεγονός ότι οι «αρχαιότεροι» γαλαξίες έχουν μικρότερο μέγεθος και μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε αέρια, από τους γαλαξίες που συντέθηκαν αργότερα.

Πηγές: Nature, nature.com/articles/doi:10.1038/nature21685 - naftemporiki.gr – phys.org