Μια νέα ανάλυση του ουρανού επιβεβαίωσε τελικά πού κρυβόταν το χαμένο μισό της ορατής ύλης του Σύμπαντος.
Στο χώρο γύρω από τους γαλαξίες, κρύβεται ως τεράστια, αόρατα νέφη ιονισμένου υδρογόνου. Κανονικά, αυτό θα ήταν αδύνατο να το δούμε – αλλά μια μεγάλη διεθνής ομάδα αστρονόμων και αστροφυσικών ανέπτυξε μια τεχνική που αποκαλύπτει τις κρυψώνες του, εκεί έξω στο σκοτάδι ανάμεσα στα αστέρια.
Τα προγράμματα έρευνας επιβεβαιώνουν ότι το μισό υλικό που λείπει από το Σύμπαν παίρνει τη μορφή μιας διαγαλαξιακής ομίχλης υδρογόνου που εκτοξεύεται πιο μακριά από τους ενεργούς πυρήνες των γαλαξιών απ’ ό,τι πίστευε κανείς προηγουμένως.
«Πιστεύουμε ότι, μόλις απομακρυνθούμε περισσότερο από τον γαλαξία, ανακτούμε όλο το αέριο που λείπει», λέει η αστρονόμος Boryana Hadzhiyska του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ και του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Berkeley.
«Για να είμαστε πιο ακριβείς, πρέπει να κάνουμε μια προσεκτική ανάλυση με προσομοιώσεις, κάτι που δεν έχουμε κάνει. Θέλουμε να κάνουμε προσεκτική δουλειά».
Η κανονική ή βαρυονική ύλη αποτελεί περίπου το 5% της κατανομής ύλης-ενέργειας του Σύμπαντος- το υπόλοιπο είναι σκοτεινή ύλη (27%) και σκοτεινή ενέργεια (68%). Η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια είναι ένα εντελώς άλλο θέμα, αλλά το μυστήριο της χαμένης βαρυονικής ύλης είναι ένα θέμα που απασχολεί τους επιστήμονες εδώ και δεκαετίες.
Το πρόβλημα είναι ότι απλώς δεν γνωρίζουμε πού βρίσκεται ένα μεγάλο ποσοστό της. Το υδρογόνο αποτελεί περίπου το 90 τοις εκατό του Σύμπαντος σε άτομα και το 73 τοις εκατό σε μάζα- άρα ένα μεγάλο κομμάτι της ελλείπουσας βαρυονικής ύλης είναι το υδρογόνο. Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι έχουμε χάσει πάνω από το 50 τοις εκατό του υδρογόνου του Σύμπαντος.
Οι αστρονόμοι μόλις βρήκαν το μισό από το υδρογόνο που λείπει από το Σύμπαν
Το υδρογόνο στο διάστημα μπορεί να ιονιστεί από την ακτινοβολία, προκαλώντας του μια αμυδρή λάμψη, αλλά στο χώρο μεταξύ των γαλαξιών, το αέριο είναι πολύ διάχυτο και η λάμψη πολύ αμυδρή, ώστε αυτό να είναι εύκολα ανιχνεύσιμο.
Υπάρχουν όμως περισσότεροι από ένας τρόποι για να αναζητήσετε ένα αόρατο νέφος υδρογόνου. Μια μέθοδος που έχει κερδίσει έδαφος είναι η εξέταση των αλλαγών στο φως πίσω από αυτό – το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο, το απολιθωμένο «πρώτο φως» στο Σύμπαν που διαπερνά το σύμπαν.
«Το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο βρίσκεται στο πίσω μέρος όλων όσων βλέπουμε στο Σύμπαν. Είναι η άκρη του παρατηρήσιμου Σύμπαντος», λέει η κοσμολόγος Simone Ferraro του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Berkeley. «Έτσι μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε ως οπίσθιο φωτισμό για να δείτε πού βρίσκεται το αέριο».
Καθώς αυτό το φως ταξιδεύει μέσα σε διάχυτα νέφη ιονισμένου υδρογόνου, μπορεί να φωτίζεται ή να εξασθενεί καθώς σκεδάζεται από τα ηλεκτρόνια του αερίου. Αυτό ονομάζεται κινηματικό φαινόμενο Sunyaev-Zel’dovich. Όπως πιθανώς μπορείτε να φανταστείτε, όμως, το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων είναι πολύ αμυδρό και δύσκολο να το δούμε επίσης.
Τα αποτελέσματά τους έδειξαν ότι η άλω του υδρογόνου που περιβάλλει αυτούς τους γαλαξίες είναι πολύ μεγαλύτερη από ό,τι νομίζαμε. Προσφέρουν επίσης τη βασανιστική πιθανότητα ότι οι φωτοστέφανοι είναι πολύ μεγαλύτεροι από ό,τι μπόρεσε να ανιχνεύσει ακόμη και αυτή η έρευνα.
«Οι μετρήσεις είναι σίγουρα συνεπείς με την εύρεση όλου του αερίου», λέει ο Ferraro.
Όπως είναι τόσο συνηθισμένο στην αστρονομία, όμως, η ανακάλυψη εγείρει επίσης νέα ερωτήματα. Οι φωτοστέφανοι υδρογόνου τροφοδοτούνται τόσο από αέριο που πέφτει πάνω στον γαλαξία από το εξωτερικό του, όσο και από ενεργές φάσεις της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας στο κέντρο του γαλαξία.
Όταν η μαύρη τρύπα τρέφεται με υψηλό ρυθμό, το μαγνητικό της πεδίο εκτοξεύει τεράστιους πίδακες υλικού που μπορούν να εκτοξεύσουν εκατομμύρια έτη φωτός στο διαγαλαξιακό διάστημα, και ισχυροί άνεμοι εκτοξεύονται προς όλες τις κατευθύνσεις, σπρώχνοντας μαζί τους οποιοδήποτε αέριο εντός του γαλαξία, περιορίζοντας τον σχηματισμό άστρων (αφού τα αστέρια σχηματίζονται από αέριο).
Η ανακάλυψη των μεγαλύτερων από το αναμενόμενο φωτοστέφανων υποδηλώνει ότι η δραστηριότητα των μαύρων οπών μπορεί να είναι επεισοδιακή, ενεργοποιούμενη και απενεργοποιούμενη. Αυτό συνάδει με άλλες ενδιαφέρουσες παρατηρήσεις μαύρων τρυπών που φαίνονται αδρανείς και ξαφνικά ζωντανεύουν. Πρόκειται για πληροφορίες που είναι σχετικές με τα μοντέλα μας για την εξέλιξη των γαλαξιών.
Αυτό είναι μόνο ένα μέρος του γρίφου. Άλλες προσπάθειες χαρτογράφησης των χαμένων βαρυονίων του Σύμπαντος δείχνουν ότι ένα μέρος τους είναι δεσμευμένο στα νήματα της σκοτεινής ύλης που σχηματίζουν τον κοσμικό ιστό, συνδέοντας γαλαξίες σε τεράστιες αποστάσεις. Η εργασία της ομάδας έδωσε στους αστρονόμους έναν νέο τρόπο να αναζητήσουν το υδρογόνο- τώρα πρέπει απλώς να ενώσουν τα κομμάτια.
«Αυτή η εργασία ανοίγει την πόρτα για μια νέα συναρπαστική ερευνητική γραμμή», γράφουν στην εργασία τους.
«Η κατανόηση της σύνδεσης μεταξύ του αερίου και της σκοτεινής ύλης δεν θα βοηθήσει μόνο τις μελλοντικές αναλύσεις της κοσμολογίας, αλλά και την κατανόηση του σχηματισμού και της εξέλιξης των γαλαξιών. Αυτή η εργασία προσθέτει ένα ουσιαστικό κομμάτι σε ένα αυξανόμενο σώμα εργασιών που στοχεύουν στην αποκάλυψη της πολυπλοκότητας του κοσμικού αερίου στην εποχή των μεγάλων κοσμολογικών ερευνών».
Η έρευνα έχει υποβληθεί στο Physical Review Letters και είναι διαθέσιμη στο arXiv.