Ένα σμήνος γαλαξιών που δεν θα έπρεπε, θεωρητικά, να υπάρχει εντόπισαν αστρονόμοι στο πρώιμο σύμπαν, φέρνοντας σε αμφισβήτηση βασικές παραδοχές για τον τρόπο με τον οποίο σχηματίζονται και εξελίσσονται οι μεγαλύτερες δομές του Σύμπαντος.
Το σμήνος, γνωστό ως SPT2349-56, υπήρχε μόλις 1,4 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, ωστόσο εμφανίζεται εξαιρετικά θερμό και δυναμικά «ώριμο» για την ηλικία του. Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στις 5 Ιανουαρίου στο επιστημονικό περιοδικό Nature, υποδηλώνουν ότι οι διαδικασίες σχηματισμού σμηνών γαλαξιών μπορεί να είναι πολύ ταχύτερες και πιο βίαιες από ό,τι προβλέπουν τα σημερινά θεωρητικά μοντέλα.
Γιατί τα σμήνη γαλαξιών έχουν σημασία
Τα σμήνη γαλαξιών αποτελούν κοσμικούς γίγαντες: τεράστιες συγκεντρώσεις σκοτεινής ύλης και εκατοντάδων ή και χιλιάδων γαλαξιών, δεμένων μεταξύ τους από τη βαρύτητα. Ανάμεσά τους εκτείνεται το ενδοσμήνος μέσο, ένα αραιό αλλά εξαιρετικά ενεργειακό μείγμα αερίων, το οποίο θερμαίνεται σταδιακά από βαρυτικές αλληλεπιδράσεις, εκρήξεις σχηματισμού άστρων και τη δράση υπερμεγεθών μαύρων τρυπών.
Κατά κανόνα, αυτή η θέρμανση απαιτεί δισεκατομμύρια χρόνια. Για τον λόγο αυτό, οι επιστήμονες σπάνια παρατηρούν θερμό ενδοσμήνος μέσο σε τόσο νεαρά σμήνη. Όπως σημειώνει ο αστροφυσικός Scott Chapman, συν-συγγραφέας της μελέτης, «η κατανόηση των σμηνών γαλαξιών είναι θεμελιώδης για να εξηγήσουμε πώς εξελίσσονται οι μεγαλύτεροι και πιο μαζικοί γαλαξίες στο Σύμπαν».
Ένα μικρό σμήνος με υπερβολική ενέργεια
Χρησιμοποιώντας το πανίσχυρο τηλεσκόπιο ALMA στη Χιλή, οι ερευνητές μελέτησαν το SPT2349-56, ένα σχετικά συμπαγές σμήνος – συγκρίσιμο σε μέγεθος με την εξωτερική άλω του Γαλαξία – αλλά με εντυπωσιακή δραστηριότητα. Περιλαμβάνει περισσότερους από 30 ενεργούς γαλαξίες, τρεις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες και ρυθμό σχηματισμού άστρων πάνω από 5.000 φορές μεγαλύτερο από αυτόν του Γαλαξία μας.
Με τη βοήθεια του θερμικού φαινομένου Sunyaev–Zeldovich, οι επιστήμονες μέτρησαν τη θερμοκρασία του αερίου στο ενδοσμήνος μέσο και διαπίστωσαν ότι είναι τουλάχιστον πέντε φορές υψηλότερη από ό,τι προβλέπουν οι υπάρχουσες θεωρίες για ένα τόσο νεαρό σμήνος.
«Δεν περιμέναμε να δούμε μια τόσο θερμή “ατμόσφαιρα” σμήνους τόσο νωρίς στην κοσμική ιστορία», ανέφερε ο Dazhi Zhou, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. Όπως παραδέχεται, αρχικά θεώρησε ότι το σήμα ήταν υπερβολικά ισχυρό για να είναι πραγματικό.
Μαύρες τρύπες στο επίκεντρο
Τα δεδομένα, ωστόσο, επιβεβαιώθηκαν και οδηγούν σε ένα ανησυχητικό – για τα μοντέλα – συμπέρασμα: κάτι έχει διοχετεύσει τεράστιες ποσότητες ενέργειας στο σμήνος πολύ νωρίτερα από το αναμενόμενο. Σύμφωνα με τους ερευνητές, καθοριστικό ρόλο ενδέχεται να έχουν οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, οι οποίες φαίνεται να έχουν «θερμάνει» το περιβάλλον τους με ένταση και ταχύτητα που δεν είχαν προβλεφθεί.
Αυτό σημαίνει ότι τα σμήνη γαλαξιών ίσως μπορούν να συγκροτηθούν και να εξελιχθούν πολύ πιο γρήγορα, υπό ακραίες συνθήκες, ήδη από τα πρώτα δισεκατομμύρια χρόνια του Σύμπαντος.
Τι έπεται
Η επιστημονική ομάδα σκοπεύει να συνεχίσει τη μελέτη του SPT2349-56, προκειμένου να κατανοήσει πώς συνυπάρχουν ο εκρηκτικός σχηματισμός άστρων, οι ενεργές μαύρες τρύπες και το υπερθερμασμένο ενδοσμήνος μέσο σε ένα τόσο νεαρό και συμπαγές σύστημα.
Το ερώτημα παραμένει ανοιχτό, και κρίσιμο για την κοσμολογία: πώς είναι δυνατόν όλες αυτές οι ακραίες διεργασίες να συμβαίνουν ταυτόχρονα τόσο νωρίς στην ιστορία του Σύμπαντος;
