Τι είναι ένα χαλαρό σμήνος γαλαξιών;
Το πρώιμο σύμπαν ήταν ένα αγχωτικό μέρος για τους
γαλαξίες
. Σφαίρες από δεκάδες έως εκατοντάδες γειτονικούς γαλαξίες, που ονομάζονται σμήνη γαλαξιών, θα μοιράζονταν μια κοινόχρηστη δεξαμενή θερμού αερίου — αλλά όχι χωρίς δράμα. Υπήρχε πάντα ένας άλλος παράξενος γαλαξίας που συνετρίβη στο σμήνος, συγχωνευόταν με έναν από τους προηγούμενους επιβάτες και γενικά διαταράσσει τη λίμνη αερίου, γνωστό ως μέσο του ενδοσυστάδας.
Αυτό είναι που κάνει το πρόσφατα ανακαλυφθέν σμήνος γαλαξιών SPT2215 τόσο ξεχωριστό. Βρέθηκαν περίπου 8,4 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, οι αστρονόμοι κατέγραψαν πρόσφατα απόψεις του SPT2215 όπως υπήρχε όταν το σύμπαν ήταν μόλις 5 δισεκατομμυρίων ετών. Σε περαιτέρω μελέτη, το θεώρησαν ένα από τα λίγα «χαλαρά» σμήνη γαλαξιών που βρέθηκαν από εκείνη την περίοδο στον κόσμο. Θα μπορούσε να οδηγήσει τους επιστήμονες να αναθεωρήσουν πώς τα μοντέλα τους για το πόσο γρήγορα σχηματίστηκαν οι γαλαξίες στην αυγή του σύμπαντος.
[Related: These 6 galaxies are so huge, they’ve been nicknamed ‘
universe
breakers’]
«Εάν το σμήνος γαλαξιών βρίσκεται στη διαδικασία σχηματισμού, το ονομάζουμε «διαταραγμένο»—είναι απλώς ένα χάλι», λέει
Michael Calzadilla
υποψήφιος διδάκτορας στην αστροφυσική στο MIT και κύριος συγγραφέας του
ένα έγγραφο της 19ης Απριλίου στο
The Astrophysical Journal
χαρακτηρίζοντας
το πρόσφατα ανακαλυφθέν σύμπλεγμα SPT2215
με τη βοήθεια πολλαπλών τηλεσκοπίων και ιπτάμενων παρατηρητηρίων.
«Αν το αέριο είναι πολύ στρογγυλό, πολύ συμμετρικό και μοιάζει με μπάλα, σας λέει ότι δεν έχουν υπάρξει πρόσφατες αλληλεπιδράσεις», λέει. «Είναι πολύ «χαλαρό». Με άλλα λόγια, δεν υπάρχουν συγχωνεύσεις γαλαξιών που να διαταράσσουν τα πράγματα, όπως φαίνεται να συμβαίνει με το SPT2215.
Η εύρεση και η μελέτη χαλαρών σμηνών γαλαξιών από το πρώιμο σύμπαν μπορεί να δώσει στους αστρονόμους ενδείξεις για το πώς διέφεραν ο γαλαξίας και ο σχηματισμός άστρων μεταξύ οκτώ δισεκατομμυρίων ετών πριν και σήμερα. Η ανακάλυψη του SPT2215, ωστόσο, έγινε σε αντίθεση με αυτή οποιουδήποτε άλλου σμήνος γαλαξιών. Ξεκίνησε με μια ενδιαφέρουσα σκιά συχνοτήτων μικροκυμάτων και τελείωσε με μια παράξενη ένδειξη θερμοστάτη.
Μια διεθνής ομάδα δεκάδων επιστημόνων έψαξε για σημάδια από μακρινά σμήνη γαλαξιών στο
SPTpol Extended Cluster Survey
το οποίο χρησιμοποιεί το
Φαινόμενο Σουνιάεφ-Ζελντόβιτς
—το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων που αλληλεπιδρά με το καυτό κοινό αέριο από τους γαλαξίες—για να βρεθούν σχετικές ομάδες αστεριών.
Το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων είναι το πρώτο φως στο σύμπαν, γνωστό και ως η μεταγενέστερη λάμψη της μεγάλης έκρηξης, σημειώνει ο Cazadilla. Όταν τα φωτόνια μικροκυμάτων χαμηλής ενέργειας συναντούν ένα σμήνος γαλαξιών στο δρόμο τους προς τη Γη, διασκορπίζονται σε υψηλότερες ενέργειες από το αέριο ή το πλάσμα μέσα στο σμήνος γαλαξιών», λέει. Τα κενά που άφησαν πίσω τους αυτά τα ενισχυμένα φωτόνια εμφανίζονται ως σκιές στο κοσμικό φόντο μικροκυμάτων, δίνοντας μια πρόχειρη ιδέα για το πού βρίσκεται το σμήνος. Από εκεί, οι αστρονόμοι πρέπει να κάνουν περαιτέρω παρατηρήσεις για να πουν την απόσταση και αν το σμήνος είναι διαταραγμένο ή χαλαρό. Στην περίπτωση του SPT2215, ο Calzadilla και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν μια συλλογή οργάνων, όπως το
διαστημικό τηλεσκόπιο
Hubble, το υπέρυθρο τηλεσκόπιο Spitzer, το παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra και επίγεια τηλεσκόπια όπως το Giant Magellan Telescope στη Χιλή.
«Παίρνετε περισσότερο την συνολική εικόνα του τι συμβαίνει εάν κοιτάξετε διαφορετικά μήκη κύματος», λέει ο Calzadilla. «Ο Chandra εξετάζει τα μήκη κύματος των ακτίνων Χ. Ο Spitzer κοιτάζει τα υπέρυθρα μήκη κύματος. και το Hubble εξετάζει τα οπτικά μήκη κύματος που είναι κάπως στη μέση».
Το αέριο εντός του σμήνου ενός σμήνους γαλαξιών συνήθως ψύχεται με την πάροδο του χρόνου, εκπέμποντας πρώτα ακτίνες Χ, μετά ψύχοντας για να εκπέμψει υπεριώδες φως και τέλος, εκπέμποντας ηλεκτρομαγνητικά μήκη κύματος μέχρι την υπέρυθρη περιοχή, εξηγεί. «Μπορούμε να πιάσουμε κάθε μέρος αυτής της διαδικασίας σε διαφορετικά μήκη κύματος, χρησιμοποιώντας αυτά τα διαφορετικά τηλεσκόπια».
[Related: How a microwave helped astronomers solve the peryton mystery]
Κανονικά, το ψυκτικό αέριο που μοιράζεται σε ένα σμήνος γαλαξιών πέφτει αργά προς τα μέσα, σχηματίζοντας και τροφοδοτώντας έναν κεντρικό γαλαξία που τείνει να κυριαρχεί στους άλλους, λέει ο Calzadilla. Το αέριο διατηρεί τη γέννηση των αστεριών σε αυτόν τον κεντρικό γαλαξία, αλλά επίσης τροφοδοτεί τη δημιουργία μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας στο κέντρο αυτού του γαλαξία. Κατά την τροφοδοσία, οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες θα δημιουργήσουν ενεργειακές εκρήξεις, οι οποίες σπρώχνουν προς τα πίσω το ψυκτικό και φουσκωτό αέριο.
«Λειτουργεί ως θερμοστάτης και ρυθμίζει τη θερμοκρασία, με την έννοια του σμήνος γαλαξιών», σημειώνει ο Calzadilla, επιβραδύνοντας τον ρυθμό με τον οποίο το αέριο ψύχεται.
Αλλά αυτό που είναι ενδιαφέρον για το SPT2215, προσθέτει, είναι ότι «φαίνεται ότι αυτός ο θερμοστάτης δυσκολεύεται να συμβαδίσει με την ποσότητα ψύξης που συμβαίνει». Αυτό του δίνει μια πιο ψυχρή αύρα από το αναμενόμενο (ξεκινώντας από περίπου 179.540 βαθμούς Φαρενάιτ), με το αέριο να προβλέπεται να κρυώσει πολύ γρηγορότερα από ό,τι στα περισσότερα άλλα σμήνη γαλαξιών που βρέθηκαν σε παρόμοια εποχή στο σύμπαν. Ο κεντρικός γαλαξίας παρουσιάζει επίσης περισσότερα νέα, νεαρά αστέρια από ένα σμήνος όπου μια μαύρη τρύπα εμπόδιζε το αέριο να κρυώσει πολύ γρήγορα.
Ο Calzadilla πιστεύει ότι μπορεί να υπάρχουν πολλοί λόγοι για τους οποίους το SPT2215 είναι τόσο ωραίο, συμπεριλαμβανομένης της πιθανότητας «ίσως η μαύρη τρύπα μόλις τώρα να έχει ενεργοποιηθεί. Χρειάζεται λίγος χρόνος για αυτό το ψυκτικό αέριο να φτάσει στον κεντρικό γαλαξία και σε αυτή τη μαύρη τρύπα».
Ενώ θα χρειάζονταν περαιτέρω παρατηρήσεις, ίσως με το διαστημικό τηλεσκόπιο
James Webb
ή μεγαλύτερη παρακολούθηση με το Hubble, για να γνωρίζουμε με βεβαιότητα, “[SPT2215] θα μπορούσε να μας λέει ότι οι γαλαξίες σχηματίζονται σε μικρότερη ηλικία από ό,τι νομίζαμε», λέει ο Calzadilla στο πρώιμο σύμπαν. “Αυτό προκαλεί πρόκληση για το χρονοδιάγραμμά μας για το πότε συνέβησαν τα πράγματα.”
