Ένα θεωρητικά αδύνατο να υπάρχει σμήνος περισσότερων από 30 γαλαξιών… στριμωγμένων σε έναν όγκο μόλις 500,000 ετών φωτός εντοπίστηκε στο Σύμπαν μόλις 1,4 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και μάλιστα με θερμοκρασία που παραβιάζει όλους τους γνωστούς κανόνες.
Η ανακάλυψη που δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Nature» έγινε από αστρονόμους που χρησιμοποίησαν το τηλεσκόπιο ALMA στη Χιλή και αφορά το σμήνος γαλαξιών με την ονομασία SPT2349-56. Το εύρημα αμφισβητεί την κατανόησή μας για το πόσο γρήγορα μπόρεσαν να σχηματιστούν οι γαλαξίες και τα σμήνη γαλαξιών στο πρώιμο Σύμπαν.
«Αυτό μας δείχνει ότι κάτι στο πρώιμο Σύμπαν πιθανότατα τρεις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα μέσα στο σμήνος διοχέτευε ήδη τεράστιες ποσότητες ενέργειας στο περιβάλλον και διαμόρφωνε το νεαρό σμήνος πολύ νωρίτερα και πολύ πιο έντονα απ’ ό,τι πιστεύαμε», δήλωσε ο Σκοτ Τσάπμαν, καθηγητής αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο Dalhousie στη Νέα Σκωτία του Καναδά.
Τα σμήνη γαλαξιών είναι γεμάτα από μια ομίχλη θερμού αερίου που ονομάζεται ενδοσμηνιακό μέσο, αυτό που ο Νταζί Τζόου, υποψήφιος διδάκτορας στο Πανεπιστήμιο της Βρετανικής Κολομβίας και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, περιγράφει ως «την ατμόσφαιρα» ενός σμήνους γαλαξιών. Στα περισσότερα σμήνη το ενδοσμηνιακό μέσο μπορεί να φτάσει θερμοκρασίες δεκάδων ή ακόμη και εκατοντάδων εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου.
Οι αστροφυσικοί θεωρούσαν ότι θα απαιτούνταν πολλά δισεκατομμύρια χρόνια για να θερμανθεί τόσο πολύ το ενδοσμηνιακό μέσο. Ωστόσο το SPT2349-56 δείχνει ότι αυτό δεν ισχύει πάντα. «Δεν περιμέναμε να δούμε μια τόσο θερμή ατμόσφαιρα σμήνους τόσο νωρίς στην κοσμική ιστορία. Αυτό το αέριο είναι τουλάχιστον πέντε φορές θερμότερο από ό,τι προβλέπεται και ακόμη πιο θερμό και ενεργητικό από αυτό που συναντάμε σε πολλά σημερινά σμήνη» είπε ο Τζόου.
Η ανακάλυψη
Η θερμοκρασία του ενδοσμηνιακού μέσου στο SPT2349-56 μετρήθηκε έμμεσα μέσω του φαινομένου Sunyaev–Zeldovich, κατά το οποίο τα σμήνη γαλαξιών αφήνουν το αποτύπωμά τους στην κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου, δηλαδή τη θερμική ακτινοβολία που απομένει από τη Μεγάλη Έκρηξη, το μυστηριώδες φαινόμενο από το οποίο προέκυψε το Σύμπαν.
Καθώς τα φωτόνια αυτής της ακτινοβολίας εισέρχονται στο σμήνος, κερδίζουν ενέργεια όταν σκεδάζονται στα ηλεκτρόνια του ενδοσμηνιακού μέσου. Όσο θερμότερο είναι το μέσο, τόσο πιο γρήγορα κινούνται τα ηλεκτρόνια και τόσο μεγαλύτερη είναι η ενεργειακή ώθηση που μεταφέρεται στα φωτόνια. Αυτή η ενίσχυση της ενέργειας μπορεί στη συνέχεια να ανιχνευθεί στην κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία στη θέση του συγκεκριμένου σμήνους.
Πιο μακρινά σμήνη που υπήρχαν ακόμη νωρίτερα στην ιστορία του Σύμπαντος από το SPT2349-56 έχουν ανακαλυφθεί και στο παρελθόν. Για παράδειγμα το 2019 αστρονόμοι που χρησιμοποίησαν τα τηλεσκόπια Gemini, Keck και Subaru εντόπισαν ένα σμήνος που ονομάζεται z660D το οποίο το βλέπουμε όπως ήταν πριν από 13 δισεκατομμύρια χρόνια, μόλις 770 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Το 2023 το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb ανακάλυψε ένα ακόμη παλαιότερο σμήνος, το A2744z7p9OD, από εποχή μόλις 650 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Η διαφορά ανάμεσα σε αυτά τα σμήνη και το SPT2349-56 είναι ότι τα παλαιότερα χαρακτηρίζονται ως «πρωτοσμήνη», πράγμα που σημαίνει ότι δεν είναι ακόμη πλήρως βαρυτικά δεσμευμένα. Σύμφωνα με τα καλύτερα μοντέλα μας για τον σχηματισμό των σμηνών γαλαξιών το αέριο του ενδοσμηνιακού μέσου θερμαίνεται καθώς οι γαλαξίες καταρρέουν δυναμικά σε μια σταθερή, βαρυτικά δεσμευμένη κατάσταση.
Έτσι τα πρωτοσμήνη δεν διαθέτουν ακόμη υψηλές θερμοκρασίες ενδοσμηνιακού μέσου και τα μοντέλα δείχνουν ότι δεν θα φτάσουν σε τόσο υψηλές θερμοκρασίες για πολλά ακόμη δισεκατομμύρια χρόνια. Το SPT2349-56 αντίθετα, φαίνεται να έχει «επισπεύσει» αυτή τη διαδικασία, υποδηλώνοντας ότι τα μοντέλα μας για το πώς αναπτύσσονται και θερμαίνονται τα σμήνη γαλαξιών είναι ελλιπή.
Η αστρογένεση
Κοινό στοιχείο του SPT2349-56 και των πρώιμων πρωτοσμηνών είναι η καταιγιστική δημιουργία άστρων. Το μέγεθος του SPT2349-56 είναι περίπου ίδιο με το φωτοστέφανο παλαιών άστρων και σκοτεινής ύλης που περιβάλλει τον Γαλαξία μας, επομένως οι πάνω από 30 γαλαξίες που το απαρτίζουν είναι σχετικά μικροί. Όμως δεν θα παραμείνουν έτσι για πολύ. Στο εσωτερικό τους, τα άστρα σχηματίζονται με ρυθμό πέντε χιλιάδες φορές μεγαλύτερο από αυτόν του Γαλαξία μας, όπου κατά μέσο όρο σχηματίζονται λιγότερα από δέκα άστρα τον χρόνο.
«Θέλουμε να καταλάβουμε πώς αλληλεπιδρούν η έντονη αστρογένεση, οι ενεργές μαύρες τρύπες και αυτή η υπερθερμασμένη ατμόσφαιρα και τι μας λένε όλα αυτά για το πώς χτίστηκαν τα σημερινά σμήνη γαλαξιών», δήλωσε ο Τζόου. «Πώς μπορούν όλα αυτά να συμβαίνουν ταυτόχρονα σε ένα τόσο νεαρό και συμπαγές σύστημα;»
Naftemporiki.gr
