Το Σύμπαν μας είναι γεμάτο μυστήρια και ανεξερεύνητες “γωνιές”. Τις περισσότερες φορές οι επιστήμονες πρέπει να κατασκευάσουν πολύπλοκα τηλεσκόπια για να μπορέσουν να δουν τα πιο μακρινά αντικείμενα στο Σύμπαν, αντικείμενα που το φως τους κάνει δισεκατομμύρια χρόνια να φτάσει στη Γη.
Για να παρατηρήσουν αυτά τα μακρινά αντικείμενα με λεπτομέρεια χρειάζονται πολύ ισχυρά τηλεσκόπια. Αλλά ακόμα και αν μιλάμε για της τελευταίας τεχνολογίας και τα πιο μεγάλα τηλεσκόπια, πάλι υπάρχουν αντικείμενα στο Σύμπαν που είναι πολύ μακριά από εμάς και δε μπορούμε να τα δούμε. Γιατί απλά το φως τους δε φτάνει σε εμάς! Ή μήπως φτάνει;
Εδώ έρχεται να μας κάνει δώρο ένα πανίσχυρο τηλεσκόπιο η ίδια η φύση, τον βαρυτικό φακό!
Και τι είναι ο βαρυτικός φακός;
Το μεγαλύτερο τηλεσκόπιο που έχουμε στη διάθεση μας! Ένας κοσμικός μεγεθυντικός φακός!
Σύμφωνα με τη γενική θεωρία της σχετικότητας, όταν το φως περάσει κοντά από ένα αντικείμενο με μεγάλη μάζα, καμπυλώνεται.
Ένας γαλαξίας, λοιπόν, με μεγάλη μάζα έλκει το φως που περνάει από κοντά του και το καμπυλώνει. Το φως αυτό μπορεί να προέρχεται από έναν πιο μακρινό γαλαξία που “κρύβεται” από πίσω του.
Πως αλλιώς να εξηγήσουμε αυτή την καμπύλωση; Φανταστείτε μια οπτική ίνα, ένα καλώδιο που από μέσα του περνάει φως. Αν η μία άκρη του καλωδίου είναι στο μακρινό γαλαξία και η άλλη άκρη σε εμάς, τότε η μέση του καλωδίου σχηματίζει μια καμπύλη γύρω από το γαλαξία που βρίσκεται μεταξύ μας. Έτσι το φως από το μακρινό γαλαξία καταφέρνει να φτάσει στη Γη.
Στην πραγματικότητα, αυτό που βλέπουμε είναι τον μακρινό γαλαξία παραμορφωμένο και μεγεθυμένο στην περιφέρεια του μαζικού αντικειμένου που παρεμβάλλεται μεταξύ μας. Έτσι το μαζικό αντικείμενο δρα σαν ένας βαρυτικός φακός (δείτε την προσομοίωση).
Η παραμόρφωση και μεγέθυνση εξαρτώνται από το είδος του αντικειμένου που παρεμβάλλεται. Αν αυτό είναι ένας γαλαξίας και βρίσκεται στην ίδια ευθεία με το μακρινό γαλαξία που κρύβεται από πίσω του, τότε θα δούμε ένα δαχτυλίδι να σχηματίζεται γύρω από το γαλαξία που παρεμβάλλεται. Αν δεν είναι στην ίδια ευθεία τότε θα δούμε ένα ημικύκλιο. Αν ο βαρυτικός φακός είναι σμήνος γαλαξιών, που μπορεί να αποτελείται από χιλιάδες γαλαξίες, τότε θα δούμε ένα τόξο και αρκετά είδωλα του μακρινού γαλαξία στην περιφέρεια του σμήνους σε διάφορες μεγεθύνσεις.
Η τεχνική του βαρυτικού φακού όμως δεν είναι πρόσφατη!
Πρωτο-συζητήθηκε σε επιστημονικές μελέτες το 1924 και κατόπιν το 1936, αλλά έπρεπε να περιμένουμε μέχρι το 1979 για να γίνει η πρώτη παρατήρηση βαρυτικού φακού. Με την πάροδο των χρόνων και συνδυασμό σύγχρονων τεχνικών με παρατηρήσεις από πανίσχυρα τηλεσκόπια μπορούμε να μελετήσουμε τους μακρινούς γαλαξίες σε πολύ μεγάλη ανάλυση, γιατί τους μεγεθύνει η φύση για χάρη μας!
Πρόσφατα, χάρη στην τεχνική του βαρυτικού φακού, δύο διαφορετικές ομάδες αστροφυσικών κατάφεραν να παρατηρήσουν γαλαξίες στο μακρινό διάστημα με εξαιρετική λεπτομέρεια, κάτι που δεν θα ήταν δυνατό διαφορετικά.
Πως το κατάφεραν;
Έστρεψαν τα τηλεσκόπια προς σμήνη γαλαξιών ώστε να παρατηρήσουν σε μεγάλη μεγέθυνση γαλαξίες που “κρύβονται” από πίσω τους.
“Η τεχνική αυτή μας επιτρέπει να μελετήσουμε αρχαίους γαλαξίες σε μεγάλη ανάλυση και να τους δούμε με εξαιρετική λεπτομέρεια”, αναφέρει ο Tiantian Yuan που ηγείται της έρευνας στην πρώτη ομάδα.
Και τι βρήκαν αυτές οι ομάδες επιστημόνων;
Η πρώτη ομάδα κατάφερε με τη βοήθεια του τηλεσκοπίου Gemini να παρατηρήσει τον πιο μακρινό σπειροειδή γαλαξία που βρίσκεται πάνω από 11 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Είναι η πρώτη φορά που οι επιστήμονες μπόρεσαν να δουν ένα γαλαξία με σπείρες, σαν το δικό μας ή σαν το γαλαξία της Ανδρομέδας στο τόσο μακρινό Σύμπαν. Οι σπείρες στους γαλαξίες παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο καθώς είναι περιοχές έντονης δημιουργίας αστέρων. Ευθύνονται για την ανάμειξη των χημικών στοιχείων στο γαλαξία και συμβάλουν στην διατήρηση της στροφορμής (η στροφορμή είναι πολύ σημαντική για να δημιουργηθούν οι γαλαξίες).
Τι το ιδιαίτερο έχει όμως αυτός ο μακρινός γαλαξίας;
Συνήθως οι σπειροειδείς γαλαξίες στο μακρινό Σύμπαν έχουν μεγάλη περιεκτικότητα σε αέριο, το οποίο είναι τοπικά ασταθές, καθώς και μεγαλύτερη ταχύτητα διασποράς και πιο παχείς δίσκους από αυτούς στο εγγύς Σύμπαν. Ο γαλαξίας όμως που ανακάλυψαν μοιάζει πιο πολύ με τους σπειροειδείς γαλαξίες στο εγγύς Σύμπαν, σαν τον δικό μας, όπου ο δίσκος είναι πιο ήρεμος, δεν έχει έντονη δυναμική αστάθεια και είναι πιο λεπτός.
Αυτά τα αντικείμενα είναι σπάνια στο μακρινό Σύμπαν αλλά η μελέτη τους είναι πολύ σημαντική στον να κατανοήσουμε πως δημιουργούνται οι σπείρες σε γαλαξίες σαν τον δικό μας. Ο λόγος είναι ότι βλέπουμε την αρχή δημιουργίας των σπειρών ενός γαλαξία, κάτι που δεν είχε παρατηρηθεί μέχρι τώρα σε τόσο μακρινούς γαλαξίες.
Φαίνεται λοιπόν ότι οι γαλαξίες σχηματίζουν τις σπείρες τους πιο νωρίς από ότι πίστευαν οι επιστήμονες. Και μάλιστα όταν το Σύμπαν μας ήταν μόνο 2.6 δισεκατομμυρίων ετών.
Η δεύτερη ομάδα, με τη βοήθεια του διαστημικού τηλεσκοπίου Χάμπλ και πληθώρα παρατηρησιακών δεδομένων, βρήκε ένα κοσμικό φίδι, το οποίο δεν είναι παρά ένας μακρινός γαλαξίας που έχει υποστεί μια ιδιαίτερη παραμόρφωση!
Τα 5 μεγεθυμένα και παραμορφωμένα είδωλα του μακρινού γαλαξία μελετήθηκαν σε βάθος και βοήθησαν στην εξερεύνηση περιοχών δημιουργίας αστέρων.
Γιατί όμως είναι σημαντική αυτή η ανακάλυψη;
Για πρώτη φορά οι επιστήμονες κατάφεραν να μελετήσουν ένα μακρινό γαλαξία σε διαφορετικές αναλύσεις, από μεγάλη κλίμακα μέχρι πολύ μικρές κλίμακες της τάξης των 30 παρσέκ (παρσέκ είναι η μονάδα μέτρησης της απόστασης στην αστροφυσική και ισούται με 3,26 έτη φωτός). Και αυτό χάρη στον μοναδικό αυτό βαρυτικό φακό που δεν είναι τίποτα άλλο παρά ένα τεράστιο σμήνος γαλαξιών.
“Η μεγεθυμένη εικόνα έχει μεγαλύτερη ακρίβεια, είναι πιο φωτεινή και μας επιτρέπει να παρατηρήσουμε περιοχές μέχρι και 100 φορές μικρότερες”, αναφέρει ο Antonio Cava που ηγείται της έρευνας.
Οι επιστήμονες πιστεύουν πως τα αστέρια σε ένα γαλαξία δημιουργούνται σε περιοχές που είναι συμπαγείς, φανταστείτε τις σαν μπάλες. Μέχρι τώρα πίστευαν ότι αυτές οι συμπαγείς μάζες (clumps) είχαν μεγάλο μέγεθος, γύρω στα 3000 έτη φωτός σε διάμετρο.
Χάρη στο κοσμικό αυτό φίδι και την εξαιρετική μεγέθυνση του, μπόρεσαν να παρατηρήσουν αυτές τις συμπαγείς μάζες και να τις διακρίνουν τη μία από την άλλη. Τις μέτρησαν με εξαιρετική ακρίβεια και βρήκαν ότι οι μάζες τους (10 εκατομμύρια ηλιακές μάζες), πολύ μικρότερες από αυτές σε παλαιότερες παρατηρήσεις γαλαξιών (3 δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες), συμφωνούν με αποτελέσματα από πρόσφατες προσομοιώσεις υψηλής ανάλυσης.
Επίσης ο τρόπος δημιουργίας αυτών των περιοχών συμφωνεί με παλαιότερες μελέτες. Η κάθε συμπαγής μάζα (clump), δημιουργείται από το αέριο στο γαλαξιακό δίσκο που έλκεται από ένα σημείο το οποίο έχει μεγαλύτερη βαρύτητα από τα γειτονικά του. Αυτές οι μάζες αερίου λοιπόν, εκτός από την ιδιότητά τους να είναι περιοχές δημιουργίας αστέρων, φαίνεται ότι με την πάροδο του χρόνου θα έχουν διαφορετικές καταλήξεις: ή θα καταστραφούν λόγω μεγάλης αστάθειας από βαρυτικές δυνάμεις στον δίσκο του γαλαξία ή θα αντέξουν την ανακατωσούρα, θα μεγαλώσουν και θα μεταναστεύσουν σε πιο ήρεμες περιοχές κοντά στον πυρήνα του γαλαξία.
Και ακριβώς αυτό βρήκαν χάρη στο κοσμικό φίδι! Η υψηλή ανάλυση τους βοήθησε να διακρίνουν τις συμπαγείς μάζες με μεγαλύτερα σε ηλικία αστέρια, οι οποίες βρίσκονται κοντά στον πυρήνα του γαλαξία, από αυτές που έχουν νεότερα αστέρια και βρίσκονται πιο μακριά. Κατάφεραν λοιπόν να επιβεβαιώσουν τη θεωρία που θέλει τη γαλαξιακή διόγκωση (bulge), μια διογκωμένη ελλειπτική περιοχή γύρω από τον πυρήνα του γαλαξία, να αποτελείται από μεγάλα σε ηλικία αστέρια. Και βρήκαν στοιχεία για τον τρόπο δημιουργίας της που συμφωνούν με τη θεωρία.
Βαρυτικός φακός, το δώρο της φύσης στους επιστήμονες.
Και στις δύο μελέτες πήραν το δώρο αυτό και το μετέτρεψαν σε ένα πανίσχυρο εργαλείο για τη μελέτη μακρινών αντικειμένων με εξαιρετική ανάλυση. Αντικειμένων που δεν θα γνωρίζαμε την ύπαρξη τους διαφορετικά. Είδαν έτσι το παρελθόν να διαγράφεται στην περιφέρεια σμήνους γαλαξιών και να τους διηγείται μια ιστορία για το πως δημιουργούνται και εξελίσσονται οι γαλαξίες. Πραγματικά μοναδικό! Ευχαριστούμε Σύμπαν!
Πηγές: Nature, physics.org, arxiv, science alert, space.com
