Το κρυμμένο υπερσμήνος θα μπορούσε να λύσει το μυστήριο του Γαλαξία

Ρίξτε μια ματιά στον νυχτερινό ουρανό από μια καθαρή πλεονεκτική θέση και η παχιά ζώνη του Γαλαξία θα ξεκολλήσει στον ουρανό. Αλλά τα αστέρια και η σκόνη που ζωγραφίζουν τον δίσκο του γαλαξία μας είναι ένα ανεπιθύμητο θέαμα για τους αστρονόμους που μελετούν όλους τους γαλαξίες που βρίσκονται πέρα ​​από τον δικό μας. Είναι σαν μια παχιά λωρίδα ομίχλης σε ένα παρμπρίζ, μια θολούρα που καθιστά τη γνώση μας για το ευρύτερο σύμπαν ελλιπής. Οι αστρονόμοι την αποκαλούν Ζώνη Αποφυγής.

Η Renée Kraan-Korteweg έχει περάσει την καριέρα της προσπαθώντας να αποκαλύψει τι βρίσκεται πέρα ​​από τη ζώνη. Έπιασε για πρώτη φορά μια μυρωδιά από κάτι θεαματικό στο παρασκήνιο όταν, τη δεκαετία του 1980, βρήκε υπαινιγμούς για ένα πιθανό σύμπλεγμα αντικειμένων σε παλιές φωτογραφικές πλάκες έρευνας. Τις επόμενες δεκαετίες, οι υπαινιγμοί για μια μεγάλης κλίμακας δομή συνέχισαν να έρχονται.

Στα τέλη του περασμένου έτους, ο Kraan-Korteweg και οι συνεργάτες του ανακοίνωσαν ότι είχαν ανακαλύψει μια τεράστια κοσμική δομή:ένα «υπερσμήνος» χιλιάδων και χιλιάδων γαλαξιών. Η συλλογή εκτείνεται σε 300 εκατομμύρια έτη φωτός, που εκτείνεται τόσο πάνω όσο και κάτω από το γαλαξιακό επίπεδο σαν ένας αγρίμι που κρύβεται πίσω από έναν φανοστάτη. Οι αστρονόμοι το αποκαλούν Supercluster Vela, για την κατά προσέγγιση θέση του γύρω από τον αστερισμό Vela.

Movers Milky Way

Ο Γαλαξίας, όπως κάθε γαλαξίας στον κόσμο, κινείται. Ενώ τα πάντα στο σύμπαν κινούνται συνεχώς επειδή το ίδιο το σύμπαν διαστέλλεται, από τη δεκαετία του 1970 οι αστρονόμοι γνώριζαν μια πρόσθετη κίνηση, που ονομάζεται ιδιόμορφη ταχύτητα. Αυτό είναι ένα διαφορετικό είδος ροής που φαίνεται να μας πιάνει. Η τοπική ομάδα γαλαξιών - μια συλλογή που περιλαμβάνει τον Γαλαξία, την Ανδρομέδα και μερικές δεκάδες μικρότερους γαλαξιακούς συντρόφους - κινείται με περίπου 600 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο σε σχέση με το υπόλοιπο ακτινοβολία από τη Μεγάλη Έκρηξη.

Τις τελευταίες δεκαετίες, οι αστρονόμοι έχουν καταμετρήσει όλα τα πράγματα που θα μπορούσαν να έλκουν και να πιέζουν την Τοπική Ομάδα - κοντινά σμήνη γαλαξιών, υπερσμήνη, τείχη από σμήνη και κοσμικά κενά που ασκούν μια μη αμελητέα βαρυτική έλξη στη δική μας γειτονιά.

Το μεγαλύτερο ρυμουλκό είναι το Shapley Supercluster, ένα μεγαθήριο 50 εκατομμυρίων ηλιακών μαζών που κατοικεί περίπου 500 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη (και όχι πολύ μακριά στον ουρανό από το Supercluster Vela). Αντιπροσωπεύει μεταξύ του ένα τέταρτο και το ήμισυ της ιδιόμορφης ταχύτητας της Τοπικής Ομάδας.

Η κίνηση που απομένει δεν μπορεί να υπολογιστεί από δομές που έχουν ήδη βρει οι αστρονόμοι. Έτσι, οι αστρονόμοι συνεχίζουν να κοιτάζουν μακρύτερα στο σύμπαν, καταμετρώντας όλο και πιο μακρινά αντικείμενα που συμβάλλουν στην καθαρή βαρυτική έλξη στον Γαλαξία μας. Η βαρυτική έλξη μειώνεται με την αύξηση της απόστασης, αλλά το φαινόμενο αντισταθμίζεται εν μέρει από το αυξανόμενο μέγεθος αυτών των δομών. «Καθώς οι χάρτες έχουν βγει προς τα έξω», είπε ο Μάικ Χάντσον, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο του Βατερλό στον Καναδά, «οι άνθρωποι συνεχίζουν να εντοπίζουν όλο και μεγαλύτερα πράγματα στην άκρη της έρευνας. Κοιτάμε πιο μακριά, αλλά υπάρχει πάντα ένα μεγαλύτερο βουνό που δεν φαίνεται». Μέχρι στιγμής οι αστρονόμοι ήταν σε θέση να αντιπροσωπεύουν μόνο περίπου 450 έως 500 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο της κίνησης της Τοπικής Ομάδας.

Ωστόσο, οι αστρονόμοι ακόμα δεν έχουν ερευνήσει πλήρως τη Ζώνη Αποφυγής στα ίδια βάθη. Και η ανακάλυψη Vela Supercluster δείχνει ότι κάτι μεγάλο μπορεί να είναι εκεί έξω, απλά απρόσιτο.

Τον Φεβρουάριο του 2014, ο Kraan-Korteweg και η Michelle Cluver, μια αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο του Δυτικού Ακρωτηρίου στη Νότια Αφρική, ξεκίνησαν να χαρτογραφήσουν το Υπερσμήνος Vela σε μια παρακολούθηση έξι νυχτών στο Αγγλο-Αυστραλιανό Τηλεσκόπιο στην Αυστραλία. Ο Kraan-Korteweg, του Πανεπιστημίου του Κέιπ Τάουν, ήξερε πού ήταν το αέριο και η σκόνη στη Ζώνη Αποφυγής. στόχευσε μεμονωμένα σημεία όπου είχαν τις καλύτερες πιθανότητες να δουν μέσα από τη ζώνη. Ο στόχος ήταν να δημιουργηθεί ένας «σκελετός», όπως τον αποκαλεί, της δομής. Ο Cluver, ο οποίος είχε προηγούμενη εμπειρία με το όργανο, διάβαζε τις αποστάσεις σε μεμονωμένους γαλαξίες.

Αυτό το έργο τους επέτρεψε να καταλήξουν στο συμπέρασμα ότι το Vela Supercluster είναι πραγματικό και ότι εκτείνεται κατά 20 επί 25 μοίρες στον ουρανό. Αλλά εξακολουθούν να μην καταλαβαίνουν τι συμβαίνει στον πυρήνα του υπερσμήνου. «Βλέπουμε τοίχους να διασχίζουν τη Ζώνη Αποφυγής, αλλά όπου διασχίζουν, δεν έχουμε δεδομένα αυτή τη στιγμή λόγω της σκόνης», είπε ο Kraan-Korteweg. Πώς αλληλεπιδρούν αυτοί οι τοίχοι; Έχουν αρχίσει να συγχωνεύονται; Υπάρχει πιο πυκνός πυρήνας, που κρύβεται από τη λάμψη του Γαλαξία;

Και το πιο σημαντικό, ποια είναι η μάζα του Supercluster του Vela; Εξάλλου, είναι η μάζα που διέπει την έλξη της βαρύτητας, τη συσσώρευση της δομής.

Πώς να δείτε μέσα από την ομίχλη

Ενώ η σκόνη και τα αστέρια της Ζώνης αποκλείουν το φως σε οπτικά και υπέρυθρα μήκη κύματος, τα ραδιοκύματα μπορούν να διαπεράσουν την περιοχή. Έχοντας αυτό κατά νου, η Kraan-Korteweg έχει ένα σχέδιο να χρησιμοποιήσει έναν τύπο κοσμικού ραδιοφάρου για να χαρτογραφήσει τα πάντα πίσω από τα πιο παχιά μέρη της Ζώνης Αποφυγής.

Το σχέδιο βασίζεται στο υδρογόνο, το απλούστερο και πιο άφθονο αέριο στο σύμπαν. Το ατομικό υδρογόνο αποτελείται από ένα μόνο πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο. Τόσο το πρωτόνιο όσο και το ηλεκτρόνιο έχουν μια κβαντική ιδιότητα που ονομάζεται σπιν, η οποία μπορεί να θεωρηθεί ως ένα μικρό βέλος που συνδέεται με κάθε σωματίδιο. Στο υδρογόνο, αυτές οι περιστροφές μπορούν να ευθυγραμμιστούν παράλληλα μεταξύ τους, με τα δύο να δείχνουν προς την ίδια κατεύθυνση ή αντιπαράλληλα, στραμμένα προς αντίθετες κατευθύνσεις. Περιστασιακά μια περιστροφή θα αναστραφεί — ένα παράλληλο άτομο θα αλλάξει σε αντιπαράλληλο. Όταν συμβεί αυτό, το άτομο θα απελευθερώσει ένα φωτόνιο φωτός με συγκεκριμένο μήκος κύματος.

Η πιθανότητα ενός ατόμου υδρογόνου να εκπέμπει αυτό το ραδιοκύμα είναι μικρή, αλλά συγκεντρώνει πολύ ουδέτερο αέριο υδρογόνου μαζί και η πιθανότητα ανίχνευσης του αυξάνεται. Ευτυχώς για την Kraan-Korteweg και τους συναδέλφους της, πολλοί από τους γαλαξίες μέλη της Vela έχουν πολύ από αυτό το αέριο.

Κατά τη διάρκεια αυτής της συνεδρίας παρατήρησης του 2014, αυτή και ο Cluver είδαν ενδείξεις ότι πολλοί από τους αναγνωρισμένους γαλαξίες τους φιλοξενούν νεαρά αστέρια. "Και αν έχετε νεαρά αστέρια, σημαίνει ότι σχηματίστηκαν πρόσφατα, σημαίνει ότι υπάρχει αέριο", είπε ο Kraan-Korteweg, επειδή το αέριο είναι η πρώτη ύλη που δημιουργεί αστέρια.

Ο Γαλαξίας έχει επίσης λίγο από αυτό το υδρογόνο - μια άλλη ομίχλη στο προσκήνιο που παρεμβαίνει στις παρατηρήσεις. Αλλά η διαστολή του σύμπαντος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον εντοπισμό του υδρογόνου που προέρχεται από τη δομή Vela. Καθώς το σύμπαν διαστέλλεται, απομακρύνει τους γαλαξίες που βρίσκονται έξω από την Τοπική μας ομάδα και μετατοπίζει το φως του ραδιοφώνου προς το κόκκινο άκρο του φάσματος. «Αυτές οι γραμμές εκπομπής χωρίζονται, ώστε να μπορείτε να τις διαλέξετε», είπε ο Thomas Jarrett, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο του Κέιπ Τάουν και μέλος της ομάδας ανακάλυψης Vela Supercluster.

Ενώ η δουλειά της Kraan-Korteweg κατά τη διάρκεια της καριέρας της έχει σκάψει περίπου 5.000 γαλαξίες στο Supercluster Vela, είναι σίγουρη ότι μια αρκετά ευαίσθητη ραδιοεπισκόπηση αυτού του ουδέτερου αερίου υδρογόνου θα τριπλασιάσει αυτόν τον αριθμό και θα αποκαλύψει δομές που βρίσκονται πίσω από το πιο πυκνό τμήμα του Γαλαξία. δίσκος.

Εκεί μπαίνει στην εικόνα το ραδιοτηλεσκόπιο MeerKAT. Βρίσκεται κοντά στη μικρή πόλη της ερήμου Carnarvon, στη Νότια Αφρική, το όργανο θα είναι πιο ευαίσθητο από οποιοδήποτε ραδιοτηλεσκόπιο στη Γη. Το 64ο και τελευταίο πιάτο κεραίας του εγκαταστάθηκε τον Οκτώβριο, αν και ορισμένα πιάτα πρέπει ακόμα να συνδεθούν μεταξύ τους και να δοκιμαστούν. Μια μισή σειρά 32 πιάτων θα λειτουργήσει μέχρι το τέλος αυτού του έτους, με την πλήρη σειρά να ακολουθεί στις αρχές του επόμενου έτους.

Η Kraan-Korteweg πίεσε τον περασμένο χρόνο για την παρατήρηση του χρόνου σε αυτό το στάδιο μισής σειράς, αλλά αν δεν της απονεμηθούν οι 200 ​​ώρες που της ζητήθηκαν, ελπίζει για 50 ώρες σε ολόκληρη τη συστοιχία. Και οι δύο επιλογές παρέχουν την ίδια ευαισθησία, την οποία αυτή και οι συνάδελφοί της χρειάζονται για να ανιχνεύσουν τα ραδιοσήματα ουδέτερου υδρογόνου σε χιλιάδες μεμονωμένους γαλαξίες εκατοντάδες έτη φωτός μακριά. Οπλισμένοι με αυτά τα δεδομένα, θα μπορούν να χαρτογραφήσουν πώς μοιάζει στην πραγματικότητα η πλήρης δομή.

Κοσμικές λεκάνες

Η Hélène Courtois, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο της Λυών, ακολουθεί μια διαφορετική προσέγγιση στη χαρτογράφηση του Vela. Φτιάχνει χάρτες του σύμπαντος που συγκρίνει με λεκάνες απορροής ή λεκάνες. Σε ορισμένες περιοχές του ουρανού, οι γαλαξίες μεταναστεύουν προς ένα κοινό σημείο, ακριβώς όπως όλη η βροχή σε μια λεκάνη απορροής ρέει σε μια ενιαία λίμνη ή ρέμα. Αυτή και οι συνάδελφοί της αναζητούν τα όρια, τα σημεία ανατροπής όπου η ύλη ρέει προς τη μία ή την άλλη λεκάνη.

Πριν από μερικά χρόνια, ο Courtois και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν αυτή τη μέθοδο για να προσπαθήσουν να ορίσουν την τοπική μας δομή μεγάλης κλίμακας, την οποία ονομάζουν Laniakea. Η έμφαση στον ορισμό είναι σημαντική, εξηγεί ο Courtois, επειδή ενώ έχουμε ορισμούς γαλαξιών και σμηνών γαλαξιών, δεν υπάρχει κοινά αποδεκτός ορισμός για δομές μεγαλύτερης κλίμακας στο σύμπαν, όπως τα υπερσμήνη και τα τείχη.

Μέρος του προβλήματος είναι ότι απλά δεν υπάρχουν αρκετά υπερσμήνη για να καταλήξουμε σε έναν στατιστικά αυστηρό ορισμό. Μπορούμε να απαριθμήσουμε αυτούς για τους οποίους γνωρίζουμε, αλλά ως συνολικές δομές γεμάτες με χιλιάδες γαλαξίες, τα υπερσμήνη παρουσιάζουν άγνωστη ποσότητα διακύμανσης.

Τώρα ο Κουρτουά και οι συνεργάτες του στρέφουν την προσοχή τους πιο μακριά. «Η Βέλα είναι η πιο ενδιαφέρουσα», είπε ο Κουρτουά. «Θέλω να προσπαθήσω να μετρήσω τη λεκάνη έλξης, τα όρια, τα σύνορα της Βέλας». Χρησιμοποιεί τα δικά της δεδομένα για να βρει τις ροές που κινούνται προς τη Βέλα και από αυτό μπορεί να συμπεράνει πόση μάζα τραβάει αυτές τις ροές. Συγκρίνοντας αυτές τις γραμμές ροής με τον χάρτη του Kraan-Korteweg που δείχνει πού συγκεντρώνονται φυσικά οι γαλαξίες μαζί, μπορούν να προσπαθήσουν να εξετάσουν πόσο πυκνό είναι ένα υπερσμήνος Vela και πόσο εκτείνεται. "Οι δύο μέθοδοι είναι εντελώς συμπληρωματικές", πρόσθεσε ο Courtois.

Οι δύο αστρονόμοι συνεργάζονται τώρα σε έναν χάρτη της Βέλας. Όταν ολοκληρωθεί, οι αστρονόμοι ελπίζουν ότι μπορούν να το χρησιμοποιήσουν για να καταγράψουν τη μάζα του Vela, και επομένως το παζλ του εναπομείναντος κομματιού της κίνησης της Τοπικής Ομάδας - «αυτή η διαφορά που μας στοιχειώνει εδώ και 25 χρόνια», είπε ο Kraan-Korteweg. Και ακόμα κι αν το υπερσμήνος δεν είναι υπεύθυνο για αυτήν την κίνηση που απομένει, η συλλογή σημάτων μέσω της Ζώνης Αποφυγής από ό,τι βρίσκεται πίσω εκεί θα βοηθήσει να λύσουμε τη θέση μας στο σύμπαν.

Αυτό το άρθρο ανατυπώθηκε στο Wired.com.