Πιστωτική εικόνα: ESA
Μόλις πριν από λίγα χρόνια οι αστρονόμοι έσπασαν τα τρέχοντα μοντέλα του Σύμπαντος με τη θεωρία της σκοτεινής ενέργειας. που λέει ότι η επέκταση του Σύμπαντος επιταχύνεται. Κοιτάζοντας μακρινά σμήνη γαλαξιών - έως και 10 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά - οι αστρονόμοι του ESA διαπίστωσαν ότι περιείχαν πιο συγκεντρωμένη ύλη από την προβλεπόμενη από τη θεωρία της σκοτεινής ενέργειας. Εάν η ύλη ήταν τόσο συγκεντρωμένη, το Σύμπαν δεν μπορεί να είναι 70% σκοτεινή ενέργεια.
Το παρατηρητήριο ακτίνων Χ της ESA, XMM-Newton, επέστρεψε δελεαστικά νέα δεδομένα σχετικά με τη φύση του Σύμπαντος. Σε μια έρευνα για μακρινές συστάδες γαλαξιών, η XMM-Newton βρήκε περίεργες διαφορές μεταξύ των σημερινών ομάδων γαλαξιών και εκείνων που υπάρχουν στο Σύμπαν πριν από επτά χιλιάδες εκατομμύρια χρόνια. Μερικοί επιστήμονες ισχυρίζονται ότι αυτό μπορεί να ερμηνευτεί ότι σημαίνει ότι η «σκοτεινή ενέργεια» που πιστεύουν τώρα οι περισσότεροι αστρονόμοι κυριαρχεί στο Σύμπαν απλά δεν υπάρχει;
Παρατηρήσεις οκτώ απομακρυσμένων ομάδων γαλαξιών, το πιο μακρινό από τα οποία απέχει περίπου 10 χιλιάδες εκατομμύρια έτη φωτός, μελετήθηκαν από μια διεθνή ομάδα αστρονόμων με επικεφαλής τον David Lumb του Κέντρου Διαστημικής Έρευνας και Τεχνολογίας της ESA (ESTEC) στις Κάτω Χώρες. Συγκρίνουν αυτές τις συστάδες με εκείνες που βρέθηκαν στο κοντινό Σύμπαν. Αυτή η μελέτη διεξήχθη ως μέρος του μεγαλύτερου XMM-Newton Omega Project, το οποίο διερευνά την πυκνότητα της ύλης στο Σύμπαν υπό την ηγεσία του Jim Bartlett του College de France.
Οι συστάδες γαλαξιών είναι εκπληκτικά πομποί ακτίνων Χ, επειδή περιέχουν μεγάλη ποσότητα αερίου υψηλής θερμοκρασίας. Αυτό το αέριο περιβάλλει τους γαλαξίες με τον ίδιο τρόπο όπως ο ατμός περιβάλλει τους ανθρώπους στη σάουνα. Μετρώντας την ποσότητα και την ενέργεια των ακτίνων Χ από ένα σύμπλεγμα, οι αστρονόμοι μπορούν να υπολογίσουν τόσο τη θερμοκρασία του αερίου συστάδας όσο και τη μάζα του συμπλέγματος.
Θεωρητικά, σε ένα Σύμπαν όπου η πυκνότητα της ύλης είναι υψηλή, τα σμήνη των γαλαξιών θα συνέχιζαν να αυξάνονται με τον χρόνο και έτσι, κατά μέσο όρο, θα πρέπει να περιέχει περισσότερη μάζα τώρα από ό, τι στο παρελθόν.
Οι περισσότεροι αστρονόμοι πιστεύουν ότι ζούμε σε ένα Σύμπαν χαμηλής πυκνότητας στο οποίο μια μυστηριώδης ουσία γνωστή ως «σκοτεινή ενέργεια» αντιπροσωπεύει το 70% του περιεχομένου του κόσμου και, ως εκ τούτου, διαπερνά τα πάντα. Σε αυτό το σενάριο, οι συστάδες γαλαξιών θα πρέπει να σταματήσουν να αναπτύσσονται νωρίς στην ιστορία του Σύμπαντος και να φαίνονται ουσιαστικά αδιάκριτες από αυτές του σήμερα.
Σε μια δημοσίευση που θα δημοσιευθεί σύντομα από το ευρωπαϊκό περιοδικό Astronomy and Astrophysics, οι αστρονόμοι από το XMM-Newton Omega Project παρουσιάζουν αποτελέσματα που δείχνουν ότι οι ομάδες γαλαξιών στο μακρινό Σύμπαν δεν είναι όπως αυτές του σήμερα. Φαίνονται να εκπέμπουν περισσότερες ακτίνες Χ από σήμερα. Έτσι ξεκάθαρα, τα σμήνη των γαλαξιών έχουν αλλάξει την εμφάνισή τους με την πάροδο του χρόνου.
Σε ένα συνοδευτικό έγγραφο, ο Alain Blanchard του Laboratoire d'Astrophysique de l'Observatoire Midi-Pyr? Nss και η ομάδα του χρησιμοποιούν τα αποτελέσματα για να υπολογίσουν πώς αλλάζει η αφθονία των συστάδων γαλαξιών με την πάροδο του χρόνου. Ο Blanchard λέει, «Υπήρχαν λιγότερα σμήνη γαλαξιών στο παρελθόν».
Ένα τέτοιο αποτέλεσμα δείχνει ότι το Σύμπαν πρέπει να είναι ένα περιβάλλον υψηλής πυκνότητας, σε σαφή αντίφαση με το «μοντέλο συμμόρφωσης», το οποίο υποδηλώνει ένα Σύμπαν με έως και 70% σκοτεινή ενέργεια και πολύ χαμηλή πυκνότητα ύλης. Ο Blanchard γνωρίζει ότι αυτό το συμπέρασμα θα είναι πολύ αμφιλεγόμενο, λέγοντας: «Για να λάβουμε υπόψη αυτά τα αποτελέσματα πρέπει να έχετε πολύ θέμα στο Σύμπαν και αυτό αφήνει λίγο χώρο για σκοτεινή ενέργεια».
Για να συνδυάσουν τις νέες παρατηρήσεις XMM-Newton με τα μοντέλα αντιστοιχίας, οι αστρονόμοι θα πρέπει να παραδεχθούν ένα θεμελιώδες κενό στη γνώση τους σχετικά με τη συμπεριφορά των συστάδων και, ενδεχομένως, των γαλαξιών μέσα τους. Για παράδειγμα, οι γαλαξίες στα μακρινά σμήνη θα έπρεπε να εγχέουν περισσότερη ενέργεια στο περιβάλλον τους αέριο από ό, τι είναι σήμερα κατανοητό. Αυτή η διαδικασία θα πρέπει στη συνέχεια να μειωθεί σταδιακά καθώς το σύμπλεγμα και οι γαλαξίες μέσα σε αυτό μεγαλώνουν.
Ανεξάρτητα από τον τρόπο με τον οποίο ερμηνεύονται τα αποτελέσματα, ο XMM-Newton έχει δώσει στους αστρονόμους μια νέα εικόνα για το Σύμπαν και ένα νέο μυστήριο. Όσον αφορά την πιθανότητα ότι τα αποτελέσματα XMM-Newton είναι απλά λανθασμένα, βρίσκονται στη διαδικασία επιβεβαίωσης από άλλες παρατηρήσεις ακτίνων Χ. Σε περίπτωση που επιστρέψουν στην ίδια απάντηση, ίσως χρειαστεί να ξανασκεφτούμε την κατανόησή μας για το Σύμπαν.
Το περιεχόμενο του Σύμπαντος
Το περιεχόμενο του Σύμπαντος θεωρείται ευρέως ότι αποτελείται από τρεις τύπους ουσιών: κανονική ύλη, σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια. Η κανονική ύλη αποτελείται από τα άτομα που αποτελούν αστέρια, πλανήτες, ανθρώπους και κάθε άλλο ορατό αντικείμενο στο Σύμπαν. Όσο ταπεινό όσο ακούγεται, η κανονική ύλη αντιπροσωπεύει σχεδόν σίγουρα ένα μικρό ποσοστό του Σύμπαντος, κάπου μεταξύ 1% και 10%.
Όσο περισσότεροι αστρονόμοι παρατήρησαν το Σύμπαν, τόσο περισσότερο θέμα έπρεπε να βρουν για να το εξηγήσουν όλα. Αυτό το θέμα δεν θα μπορούσε να φτιαχτεί από κανονικά άτομα, ωστόσο, διαφορετικά θα υπήρχαν περισσότερα αστέρια και γαλαξίες. Αντ 'αυτού, επινόησαν τον όρο σκοτεινή ύλη για αυτήν την περίεργη ουσία ακριβώς επειδή διαφεύγει από την ανίχνευσή μας. Ταυτόχρονα, οι φυσικοί που προσπαθούσαν να κατανοήσουν τις δυνάμεις της φύσης άρχισαν να πιστεύουν ότι νέα και εξωτικά σωματίδια της ύλης πρέπει να είναι άφθονα στο Σύμπαν. Αυτά δεν θα μπορούσαν ποτέ να αλληλεπιδράσουν με την κανονική ύλη και πολλοί τώρα πιστεύουν ότι αυτά τα σωματίδια είναι η σκοτεινή ύλη. Προς το παρόν, παρόλο που πολλά πειράματα βρίσκονται σε εξέλιξη για την ανίχνευση σωματιδίων σκοτεινής ύλης, κανένα δεν ήταν επιτυχές. Ωστόσο, οι αστρονόμοι εξακολουθούν να πιστεύουν ότι κάπου μεταξύ 30% και 99% του Σύμπαντος μπορεί να αποτελείται από σκοτεινή ύλη.
Η σκοτεινή ενέργεια είναι η τελευταία προσθήκη στα περιεχόμενα του Σύμπαντος. Αρχικά, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν εισήγαγε την ιδέα μιας «κοσμικής ενέργειας» που διαπερνά, πριν ήξερε ότι το Σύμπαν επεκτείνεται. Το διευρυνόμενο Σύμπαν δεν χρειαζόταν μια «κοσμολογική σταθερά», όπως ο Αϊνστάιν είχε ονομάσει την ενέργειά του. Ωστόσο, στη δεκαετία του 1990 οι παρατηρήσεις των εκρηκτικών αστεριών στο μακρινό Σύμπαν υποδηλώνουν ότι το Σύμπαν δεν επεκτείνεται μόνο, αλλά επιταχύνεται επίσης. Ο μόνος τρόπος για να το εξηγήσουμε αυτό ήταν να επαναφέρουμε την κοσμική ενέργεια του Αϊνστάιν σε μια ελαφρώς αλλοιωμένη μορφή, που ονομάζεται σκοτεινή ενέργεια. Κανείς δεν ξέρει ποια θα μπορούσε να είναι η σκοτεινή ενέργεια.
Στο πρόσφατα δημοφιλές «μοντέλο συμμόρφωσης» του Σύμπαντος, το 70% του Κόσμου θεωρείται σκοτεινή ενέργεια, 25% σκοτεινή ύλη και 5% φυσιολογική ύλη.
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων ESA
