To Hubble αποκαλύπτει γαλαξίες φαντάσματα

Αυτές οι εικόνες προέρχονται από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble και δείχνουν τον νάνο γαλαξία Leo IV (Λέοντα IV) που περιέχει ελάχιστα άστρα. Η εικόνα στα αριστερά δείχνει ένα μέρος του γαλαξία που ορίζεται από τo λευκό ορθογώνιο κουτί με διαστάσεις 83 X 163 έτη φωτός.  Τα λίγα άστρα στον Leo IV xάνονται ανάμεσα στα γειτονικά άστρα και τους μακρινούς γαλαξίες. Στο μέσον της εικόνας βλέπουμε ένα κοντινό πλάνο των γαλαξιών υποβάθρου, ενώ η εικόνα δεξιά δείχνει μόνο τα άστρα του Λέοντα IV. Ο γαλαξίας αυτός, που περιέχει αρκετές χιλιάδες άστρα, αποτελείται από άστρα όπως ο ήλιος μας, ερυθρούς νάνους πιο αμυδρούς από τον ήλιο και μερικούς ερυθρούς γίγαντες πολύ λαμπρότερους από τον ήλιο. Credit: NASA, ESA, and T. Brown (STScI)

Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι κατάφεραν επιτέλους να εντοπίσουν σκοτεινούς γαλαξίες, οι οποίοι ανάγονται στην πρωταρχική φάση σχηματισμού των γαλαξιών και έως τώρα προβλέπονταν μόνο από τη θεωρία, αλλά ποτέ δεν είχαν παρατηρηθεί άμεσα.
Στην πραγματικότητα, πρόκειται για μικρούς γαλαξίες πλούσιους σε αέρια, με ελάχιστα όμως ή καθόλου άστρα, γι’ αυτό, άλλωστε, δεν λάμπουν και δεν είναι εύκολο να γίνουν αντιληπτοί.
Μία διεθνής ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον Σεμπαστιάνο Κανταλούπο του πανεπιστημίου της Καλιφόρνια - Σάντα Κρουζ, με τη βοήθεια του Πολύ Μεγάλου Τηλεσκοπίου του Ευρωπαϊκού Νοτίου Παρατηρητηρίου στη Χιλή, σύμφωνα με το Γαλλικό Πρακτορείο, πιστεύει ότι «είδε» αυτούς τους αόρατους γαλαξίες, καθώς φωτίζονταν αμυδρά από την υπεριώδη λάμψη ενός ενεργού γαλαξιακού πυρήνα (κβάζαρ).

Οι σκοτεινοί γαλαξίες θεωρούνται οι θεμέλιοι λίθοι των κατοπινών πιο ώριμων και μεγάλων γαλαξιών που βρίθουν από άστρα. Εδώ και χρόνια, οι αστρονόμοι προσπαθούν να εφαρμόσουν νέες τεχνικές για να παρατηρήσουν τέτοιους γαλαξίες και να επιβεβαιώσουν την ύπαρξή τους, πράγμα που φαίνεται πως τώρα κατόρθωσαν για πρώτη φορά.

Ο μικρός και με ελάχιστα άστρα νάνος- γαλαξίας Λέοντας IV, είναι ένας από τους περίπου δώδεκα γνωστούς παρόμοιους γαλαξίες, που βρέθηκαν γύρω από τον δικό μας Γαλαξία. Αυτοί οι γαλαξίες κυριαρχούνται από σκοτεινή ύλη. Η παραπάνω εικόνα (από Sloan Digital Sky Survey) είναι μια άποψη του Λέοντα IV και της γειτονιάς του. Ο γαλαξίας αυτός απέχει 500.000 έτη φωτός από τη Γη. Η διακεκομμένη γραμμή δείχνει τα όρια του γαλαξία, που έχει εύρος περίπου 1.100 έτη φωτός. Το λευκό ορθογώνιο οριοθετεί την άποψη του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble της ΝΑSA. Credit: NASA, ESA, and T. Brown (STScI)

Το Hubble εξέτασε τρεις από τους μικρούς δορυφορικούς γαλαξίες που έχουν ανακαλυφθεί ως σήμερα, τον Ηρακλή, τον Λέοντα IV και τον γαλαξία της Μεγάλης Άρκτου. Οι παρατηρήσεις αποκαλύπτουν ότι οι γαλαξίες αυτοί έχουν εξαιρετικά μεγάλη ηλικία και άρχισαν να σχηματίζουν άστρα πριν από 13 δισεκατομμύρια χρόνια, μόλις ένα δισεκατομμύριο χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Λίγο αργότερα, όμως, η αστρογένεση σταμάτησε απότομα σε αυτούς τους γαλαξίες-φαντάσματα. «Οι γαλαξίες αυτοί είναι όλοι αρχαίοι και έχουν την ίδια ηλικία. Φαίνεται όμως ότι κάτι τους χτύπησε σαν λαιμητόμος και σταμάτησε την αστρογένεση σε όλους ταυτόχρονα» σχολιάζει ο Τομ Μπράουν του Ινστιτούτου Επιστήμης Διαστημικής Τηλεσκοπίας στη Βαλτιμόρη, επικεφαλής της μελέτης.

«Η πιθανότερη εξήγηση», αναφέρει ο ερευνητής, «είναι μια διαδικασία που ονομάζεται επαναϊονισμός.

Ο επαναϊονισμός ήταν μια σύντομη, μεταβατική φάση στο νεαρό Σύμπαν, περίπου ένα δισεκατομμύριο χρόνια μετά τη γέννησή του. Οι αμυδροί γαλαξίες-νάνοι είχαν τότε αποκτήσει τα πρώτα τους άστρα, τα οποία όμως εξέπεμπαν ισχυρή υπεριώδη ακτινοβολία, η οποία ιόνισε τα σύννεφα αέριου υδρογόνου και τελικά τα διέλυσε.

Οι μεγάλοι γαλαξίες ήταν αρκετά πυκνοί ώστε να προστατευτούν από αυτό το βομβαρδισμό υπεριώδους φωτός. Οι μεγάλοι γαλαξίες είχαν εξάλλου αρκετά μεγάλη μάζα ώστε να προσελκύσουν με το βαρυτικό πεδίο τους νέες ποσότητες αερίου, από τις οποίες σχηματίστηκαν νέα άστρα. 

Οι γαλαξίες-νάνοι, όμως, ήταν υπερβολικά ελαφρείς για να μπορούν να ανανεώσουν το απόθεμα υδρογόνου. Καταδικάστηκαν έτσι να μείνουν σκοτεινοί και δυσδιάκριτοι, και αυτός είναι ο λόγος που δυσκολευόμαστε να τους εντοπίσουμε σήμερα.

Όπως όλοι οι γαλαξίες, οι αμυδροί δορυφόροι του Γαλαξία μας σχηματίστηκαν πάνω σε μια «σκαλωσιά» από σκοτεινή ύλη, ένα μυστηριώδες υλικό άγνωστης σύστασης που γνωρίζουμε ότι γεμίζει το Σύμπαν, παραμένει όμως αόρατο επειδή δεν εκπέμπει, δεν ανακλά και δεν διαθλά το φως. Αν και είναι αόρατη, η ύπαρξη της σκοτεινής ύλης γίνεται αντιληπτή λόγω της βαρυτικής της επίδρασης στους γαλαξίες.

Οι παραπάνω εικόνες προέκυψαν από προσομοιώσεις σε υπολογιστή.  Δείχνουν σμήνη σκοτεινής ύλης γύρω από Γαλαξία μας. Σε μερικά σημεία η μάζα των συγκεντρώσεων της σκοτεινής ύλης είναι ικανή να πυροδοτήσει τον σχηματισμό άστρων. Οι χιλιάδες συσσωρεύσεις της σκοτεινής ύλης που συνυπάρχουν με τον Γαλαξία μας, φαίνονται στην μεσαία εικόνα. Με πράσινο σημειώνονται οι συγκεντρώσεις της σκοτεινής ύλης με αρκετή μάζα ώστε να δημιουργήσουν άστρα και τελικά νάνους γαλαξίες. Στο κάτω μέρος της εικόνας με κόκκινο φαίνονται οι νάνοι γαλαξίες που σταμάτησαν να δημιουργούν άστρα εδώ και πολύ καιρό. Credit: NASA, ESA, and T. Brown and J. Tumlinson (STScI)

Οι γαλαξίες που βλέπουμε πιστεύεται ότι σχηματίστηκαν πάνω σε γιγάντιους σβόλους σκοτεινής ύλης, των οποίων η βαρυτική έλξη προσέλκυσε το αέριο υδρογόνο από το οποίο προέκυψαν τα άστρα. Ακόμα και σήμερα, όμως, η συνολική μάζα της σκοτεινής ύλης στον Γαλαξία μας εκτιμάται ότι υπερβαίνει κατά δέκα φορές τη συνολική ποσότητα κανονικής ύλης.

Στους δορυφορικούς γαλαξίες-νάνους, όμως, δεν σχηματίστηκαν αρκετά άστρα ώστε να γίνουν ορατοί για τα σημερινά τηλεσκόπια. Σε αυτούς τους γαλαξίες, επισημαίνουν οι ερευνητές, η σκοτεινή ύλη είναι έως και 100 φορές περισσότερη από την κανονική.

Η μελέτη υποδεικνύει επομένως ότι οι χιλιάδες μικροί γαλαξίες που αναζητούν οι κοσμολόγοι πιθανώς υπάρχουν όντως στη γειτονιά του Γαλαξία μας, απλά δεν φαίνονται επειδή καταδικάστηκαν να ζουν στο σκοτάδι.

Η έρευνα δημοσιεύεται στο The Astrophysical Journal.

Πηγή: ΑΜΠΕ - in.gr - www.nasa.gov