Γαλαξία και Σύγκρουση Ανδρομέδας:Κατανοώντας τη Μελλοντική Συγχώνευση Γαλαξιών

Μια άποψη της πιθανής συγχώνευσης μεταξύ του Γαλαξία μας και της Ανδρομέδας όπως μπορεί να εμφανιστεί στον νυχτερινό ουρανό της Γης σε 3,75 δισεκατομμύρια χρόνια. Πίστωση:ESA/NASA

Για σχεδόν έναν αιώνα, οι αστρονόμοι γνώριζαν ότι το σύμπαν διαστέλλεται. Οι περισσότεροι γαλαξίες μεταφέρονται προς τα έξω με τη ροή του ίδιου του διαστήματος.

Ωστόσο, μια πεισματική εξαίρεση έχει παραμείνει στην κοσμική αυλή μας. Ο γαλαξίας της Ανδρομέδας τρέχει προς τον Γαλαξία, ενώ πολλοί άλλοι κοντινοί γαλαξίες ξεφεύγουν. Στην πραγματικότητα, οι δύο γαλαξίες υποτίθεται ότι θα συγκρουστούν. Ο Γαλαξίας της Ανδρομέδας θα συγχωνευθεί με τον Γαλαξία σε περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, σχηματίζοντας έναν νέο ελλειπτικό γαλαξία που συχνά αναφέρεται ως «Μιλκομέδα».

Τώρα, ένα νέο σύνολο λεπτομερών προσομοιώσεων υπολογιστή υποδηλώνει ότι η απάντηση σε αυτή την παράξενη έλξη μπορεί να βρίσκεται σε μια αόρατη δομή σκοτεινής ύλης που εκτείνεται σε διάμετρο δεκάδων εκατομμυρίων ετών φωτός. Αντί να περιβάλλει την κοσμική μας γειτονιά σε μια σφαίρα, μεγάλο μέρος της μάζας ακριβώς πέρα από αυτήν φαίνεται να σχηματίζει ένα τεράστιο, πεπλατυσμένο φύλλο.

Το εύρημα, που αναφέρεται στο Nature Astronomy , προσφέρει έναν τρόπο συμφιλίωσης μακροχρόνιων παζλ σχετικά με τις κινήσεις των γαλαξιών με το κορυφαίο μοντέλο της κοσμολογίας.

Μια παράξενα ήσυχη γειτονιά

Οι αστρονόμοι εντοπίζουν την κοσμική διαστολή μέσω της «ροής Hubble», της σταθερής ύφεσης των γαλαξιών που μετρήθηκε για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1920. Η απόσταση και η ταχύτητα συνήθως αυξάνονται μαζί.

Αλλά η Τοπική Ομάδα - η έδρα του Γαλαξία, της Ανδρομέδας και δεκάδων μικρότερων γαλαξιών - δεν ταιριάζει καλά σε αυτό το σχέδιο. Η Ανδρομέδα πλησιάζει με περίπου 110 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, ενώ πολλοί λίγο πιο μακρινοί γαλαξίες παρασύρονται προς τα έξω.

Οι επιστήμονες προσπάθησαν να εξηγήσουν γιατί η βαρύτητα της Τοπικής Ομάδας δεν τραβά αυτούς τους γείτονες προς τα μέσα. Προηγούμενες εργασίες έδειξαν ότι τα φωτοστέφανα της σκοτεινής ύλης γύρω από τον Γαλαξία μας και την Ανδρομέδα περιέχουν πολύ μεγαλύτερη μάζα από τα ορατά αστέρια τους, αρκετή για να παρασύρουν τους δύο γαλαξίες προς μια μελλοντική σύγκρουση.

Ωστόσο, αυτή η έλξη φαινόταν πολύ αδύναμη για να επηρεάσει γαλαξίες λίγο πιο πέρα από την ομάδα.

Για να διερευνήσουν, οι ερευνητές ανακατασκεύασαν την ιστορία της εύλογης περιοχής από το πρώιμο σύμπαν μέχρι σήμερα. Οι προσομοιώσεις τους ξεκίνησαν με τα αχνά μοτίβα στο κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο και εξελίχθηκαν προς τα εμπρός μέχρι να αναπαραγάγουν τις σημερινές μάζες, θέσεις και ταχύτητες του Γαλαξία, της Ανδρομέδας και 31 κοντινών γαλαξιών.

Προσομοίωση κίνησης και ταχύτητας (που υποδεικνύεται από το μήκος των βελών) των αντικειμένων που περιβάλλουν την Τοπική ομάδα (κέντρο). Δίκαιο:Ewoud Wempe/Max Planck Institute for Astrophysics

Το αποτέλεσμα ήταν απροσδόκητο. Οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι η ύλη γύρω από την κοσμική γειτονιά μας σχημάτισε ένα τεράστιο, επίπεδο στρώμα, με τεράστιες κενές περιοχές να εκτείνονται πάνω και κάτω από αυτό. Αυτή η πεπλατυσμένη διάταξη, βρήκαν οι ερευνητές, είναι μία από τις λίγες διαμορφώσεις που μπορούν ταυτόχρονα να εξηγήσουν τόσο το πώς κινούνται οι κοντινοί γαλαξίες όσο και πόση μάζα περιέχουν ο Γαλαξίας και η Ανδρομέδα.

Επειδή πολλοί γειτονικοί γαλαξίες βρίσκονται μέσα σε αυτό το επίπεδο, η βαρύτητα από την μακρινή ύλη στο φύλλο εξουδετερώνει την έλξη προς τα μέσα της Τοπικής Ομάδας. Έξω από το αεροπλάνο, υπάρχουν ελάχιστοι γαλαξίες - μόνο πιο κενές περιοχές του διαστήματος.

Όχι απαραίτητα σφαιρικό

Οι προσομοιώσεις δείχνουν ότι αυτή η ισοπεδωμένη γεωμετρία αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο λειτουργεί η βαρύτητα σε μεγάλες κλίμακες. Σε μια σφαιρική κατανομή, μόνο η μάζα μέσα σε μια δεδομένη ακτίνα έχει σημασία για την κίνηση.

Σε ένα φύλλο, η μακρινή ύλη μπορεί να τραβήξει προς τα έξω, ενισχύοντας τις ταχύτητες ύφεσης και κρατώντας τους κοντινούς γαλαξίες να απομακρύνονται παρά την έλξη της Τοπικής Ομάδας.

Αυτή η δομή αντικατοπτρίζει επίσης χαρακτηριστικά γνωρίσματα που βλέπουν ήδη οι αστρονόμοι στο κοντινό σύμπαν:ένα «Τοπικό φύλλο» γαλαξιών που οριοθετείται από υποπυκνά κενά. Το νέο έργο συνδέει αυτά τα ορατά μοτίβα απευθείας με την κρυφή κατανομή της σκοτεινής ύλης.

"Εξερευνούμε όλες τις πιθανές τοπικές διαμορφώσεις του πρώιμου σύμπαντος που θα μπορούσαν τελικά να οδηγήσουν στην Τοπική Ομάδα. Είναι υπέροχο που τώρα έχουμε ένα μοντέλο που είναι συνεπές με το τρέχον κοσμολογικό μοντέλο αφενός και με τη δυναμική του τοπικού μας περιβάλλοντος αφετέρου", δήλωσε ο επικεφαλής της μελέτης Ewoud Wempe σε μια δήλωση.

Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι το τυπικό κοσμολογικό πλαίσιο -γνωστό ως Lambda Cold Dark Matter- παραμένει άθικτο. Επιτρέποντας στην τοπική δομή του σύμπαντος να είναι ανομοιόμορφη και όχι σφαιρική, επιλύεται η ένταση μεταξύ των κινήσεων των γαλαξιών και των εκτιμήσεων μάζας.

Οι μελλοντικές παρατηρήσεις μπορεί να αποτελέσουν ένα αποφασιστικό τεστ. Οι προσομοιώσεις προβλέπουν ισχυρές ροές ύλης που πέφτουν προς το φύλλο από τις αραιές περιοχές πάνω και κάτω, αλλά λίγοι κοντινοί γαλαξίες υπάρχουν εκεί για να μετρήσουν άμεσα το φαινόμενο.

Εάν οι αστρονόμοι ανακαλύψουν περισσότερους μακρινούς γαλαξίες πάνω και κάτω από αυτό το αεροπλάνο που τρέχουν προς τα μέσα με μεγάλη ταχύτητα, θα ενίσχυε την ιδέα ότι η κοσμική γειτονιά μας μοιάζει περισσότερο με τοίχο παρά με φούσκα.