Πριν από τρία χρόνια, ο Filippo Fraternali και οι συνεργάτες του εντόπισαν μισή ντουζίνα μυστηριωδώς διάχυτους γαλαξίες, που έμοιαζαν με εκτεταμένες πόλεις με αστέρια και αέρια. Αλλά σε αντίθεση με σχεδόν κάθε άλλο γαλαξία που έχουμε δει ποτέ - συμπεριλαμβανομένου του Γαλαξία μας - δεν φαινόταν να είναι περιτυλιγμένοι σε τεράστιες μάζες σκοτεινής ύλης, που κανονικά θα συγκρατούσαν αυτές τις αστρικές μητροπόλεις μαζί με τη βαρύτητά τους.
Οι επιστήμονες επέλεξαν έναν για μεγέθυνση, έναν μέτριου μεγέθους γαλαξία περίπου 250.000 έτη φωτός μακριά, και έστρεψαν τις 27 κεραίες ραδιοτηλεσκοπίου της Very Large Array στο Νέο Μεξικό προς αυτόν.
Αφού συνέλεξαν δεδομένα 40 ωρών, χαρτογράφησαν τα αστέρια και το αέριο και επιβεβαίωσαν αυτό που υπαινίχθηκαν τα προηγούμενα στιγμιότυπα: «Το περιεχόμενο της σκοτεινής ύλης που συμπεραίνουμε σε αυτόν τον γαλαξία είναι πολύ, πολύ μικρότερο από αυτό που θα περίμενε κανείς», λέει. Fraternali, αστρονόμος στο Kapteyn Astronomical Institute του Πανεπιστημίου του Groningen στην Ολλανδία. Εάν η ομάδα ή οι ανταγωνιστές τους βρουν άλλους τέτοιους γαλαξίες, θα μπορούσε να αποτελέσει πρόκληση για την άποψη των επιστημόνων για τη σκοτεινή ύλη , την κυρίαρχη προοπτική στο πεδίο για τουλάχιστον 20 χρόνια. Ο Fraternali και η ομάδα του δημοσίευσαν τα ευρήματά τους τον Δεκέμβριο στο Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .
Αυτοί οι άλλοι γαλαξίες ζούσαν σε ένα πολυσύχναστο περιβάλλον, όπου οι μεγαλύτεροι, γειτονικοί γαλαξίες συχνά πετούν κοντά τους, αποσπώντας πιθανώς τη σκοτεινή ύλη μαζί τους. Αντίθετα, ο γαλαξίας του Fraternali είναι αρκετά απομονωμένος, χωρίς τέτοιους ενοχλητικούς γείτονες, επομένως η έλλειψη σκοτεινής ύλης δεν μπορεί να εξηγηθεί με αυτόν τον τρόπο. «Θα μπορούσε να είναι πολύ σημαντικό», λέει ο van Dokkum. «Πώς συγκεντρώνετε αστέρια και αέρια σε αυτήν την τοποθεσία χωρίς τη βοήθεια της σκοτεινής ύλης;»
Αυτά τα παράξενα αντικείμενα ονομάζονται «υπερδιάχυτοι γαλαξίες». Είναι ακραία ακραία: Όσον αφορά τη μάζα τους, είναι μικροσκοπικά, αλλά είναι απλωμένα σε τεράστιες αποστάσεις. Μερικά είναι τόσο μεγάλα όσο ο Γαλαξίας, αλλά με μόνο το ένα εκατοστό άστρων—ή ακόμα λιγότερα. Είναι τόσο κοντά στο να είναι διαφανή που είναι δύσκολο να κατασκοπευθούν στον νυχτερινό ουρανό. «Είναι ελαφρώς πιο αχνά στο κέντρο, επομένως είναι δύσκολο να εντοπιστούν. Τώρα, με καλύτερα τηλεσκόπια και βαθύτερες παρατηρήσεις, έχουν γίνει πιο γνωστά», λέει η Mireia Montes, αστρονόμος στο Επιστημονικό Ινστιτούτο του Διαστημικού Τηλεσκοπίου στη Βαλτιμόρη και ειδικός σε τέτοιους γαλαξίες.
Ξεκινώντας από τη δεκαετία του 1960, η Αμερικανίδα αστρονόμος Vera Rubin και άλλοι αποκάλυψαν για πρώτη φορά την πιθανή ύπαρξη αόρατης ή «σκοτεινής» ύλης, ενώ μετρούσαν πόσο γρήγορα στροβιλίζονται τα αστέρια στους γαλαξίες γύρω από το κέντρο, δείχνοντας ότι τα εσωτερικά αστέρια περιφέρονται με διαφορετικές ταχύτητες από τα εξωτερικά. Με βάση την περιστροφή αυτών των άστρων, οι επιστήμονες υπολόγισαν πόση μάζα πρέπει να έχει ο γαλαξίας για να τα διατηρεί συνεχώς σε τροχιά, αντί να πεταχτεί στο διάστημα. Για πολλούς γαλαξίες, αυτή η μάζα ήταν πολλές φορές μεγαλύτερη από αυτή όλων των αστεριών που αθροίζονται. Οι επιστήμονες έλυσαν το πρόβλημα συνάγοντας την παρουσία κάποιου είδους σκοτεινής ύλης, η οποία δεν εκπέμπει ούτε αντανακλά φως, και η οποία πρέπει να αποτελεί την υπόλοιπη μάζα που συγκρατεί τον γαλαξία ενωμένο.
Αλλά οι μετρήσεις από τον Fraternali και την ομάδα του δείχνουν ότι, για τον εξαιρετικά διάχυτο γαλαξία τους, δεν υπάρχει καμία ανάγκη να επικαλεστούμε τη σκοτεινή ύλη. Οι ταχύτητες περιστροφής που μετρούν ταιριάζουν πλήρως με τη μάζα των άστρων και των νεφών αερίου που παρατήρησαν, χωρίς να απαιτείται επιπλέον μάζα που δεν μπορεί να φανεί. Η Montes και η ερευνητική της ομάδα στοχεύουν να μελετήσουν αυτούς τους γαλαξίες, ακόμη και στα περίχωρά τους, με περισσότερες λεπτομέρειες σε περίπτωση που λείπει ύλη που δεν έχει εντοπίσει ο Fraternali. Αλλά τουλάχιστον προς το παρόν, αυτός ο απόκοσμος γαλαξίας παραμένει ένα αίνιγμα.
Ο Fraternali επισημαίνει ότι ο γαλαξίας τους, γνωστός ως AGC 114905, έχει έναν μεγάλο παράγοντα Χ: Έχει κλίση. Μερικοί γαλαξίες έχουν σχήμα ιπτάμενων δίσκων και αν τα τηλεσκόπια στη Γη μπορούν να τους δουν κατάματα, αυτό καθιστά εύκολη την παρατήρησή τους για τους αστρονόμους. Μπορούν να δουν τα αστέρια που βρίσκονται σε τροχιά στη μία πλευρά του γαλαξιακού δίσκου να κινούνται προς το μέρος μας και αυτά στην άλλη πλευρά να περιφέρονται μακριά από εμάς. Αν μπορούν να μετρήσουν τις ταχύτητες αυτών των άστρων, μπορούν να υπολογίσουν τη μάζα του γαλαξία — και να καταλάβουν εάν μέρος του συνόλου πρέπει να αποτελείται από σκοτεινή ύλη. Αλλά ο Fraternali υπολογίζει ότι το AGC 114905 έχει κλίση λίγο περισσότερο από 30 μοίρες, επομένως οι αστρονόμοι πρέπει να διορθώσουν τις μετρήσεις μάζας τους για να εξηγήσουν αυτή την κλίση. Εάν κάνουν λάθος σχετικά με αυτόν τον βαθμό κλίσης, οι μετρήσεις τους θα μπορούσαν στην πραγματικότητα να αφήσουν άφθονο χώρο για τη σκοτεινή ύλη.
Αλλά αν υποθέσουμε ότι η ομάδα έχει δίκιο, δεν είναι ακόμη σαφές τι είδους εξαίρεση μπορεί να είναι ο γαλαξίας τους. Είναι ένα πραγματικά περίεργο κοσμικό αντικείμενο που κανείς δεν καταλαβαίνει; Ή μήπως είναι προάγγελος μεγαλύτερων προβλημάτων για τις θεωρίες της σκοτεινής ύλης;
Μέχρι στιγμής, δεν ταιριάζει με καμία από τις προτεινόμενες εξηγήσεις για την προέλευση των υπερδιάχυτων γαλαξιών. Μερικοί αστρονόμοι εικάζουν ότι ένας τόσο χαμηλής σκοτεινής ύλης γαλαξίας θα μπορούσε να είναι το απομεινάρι ενός ζεύγους μεγαλύτερων γαλαξιών που τραβούν ο ένας τον άλλο με τη βαρυτική τους έλξη κατά τη διάρκεια μιας κοντινής πτήσης, αφήνοντας μια φουσκωμένη σταγόνα από αστέρια και αέρια στο πέρασμά τους. Αλλά δεν υπάρχει γιγάντιος γαλαξίας δίπλα, οπότε αυτό δεν το εξηγεί, λέει ο van Dokkum.
Μια άλλη θεωρία είναι ότι θα μπορούσε να είναι το κατάλοιπο προηγούμενων αστρικών εκρήξεων. Όλα τα αστέρια τελικά πεθαίνουν, και μερικά σβήνουν με ένα μπαμ, πηγαίνοντας σουπερνόβα. Με την πάροδο του χρόνου, οι σουπερνόβα μπορεί να εξαπλωθούν σε μέρη ενός γαλαξία, αποβάλλοντας ύλη, συμπεριλαμβανομένων των νεφών αερίων. Αλλά αυτό δεν συμβαίνει με το AGC 114905, λέει ο Fraternali, καθώς εξακολουθεί να είναι γεμάτο με πολύ αέριο, το οποίο χρησιμεύει ως δομικό υλικό και καύσιμο για νέα αστέρια. Και αν ο γαλαξίας ήταν πολύ πιο συγκεντρωμένος πριν από αιώνες, θα περίμενε κανείς πολλά συμπαγή σμήνη αστεριών που έχουν απομείνει σήμερα, δείκτες ενός πιο πυκνού παρελθόντος. Αλλά ο γαλαξίας δεν έχει πολλά σμήνη όπως αυτό, λέει ο van Dokkum.
Στην πραγματικότητα, το AGC 114905 δεν φαίνεται να ταιριάζει σε κανένα μοντέλο που περιλαμβάνει σκοτεινή ύλη. Για δεκαετίες, επιστήμονες όπως η Laura Sales, μια αστροφυσικός στο UC Riverside, έχουν προσομοιώσει το σύμπαν σε ισχυρούς υπολογιστές, προσπαθώντας να δείξουν πώς τα μοντέλα της σκοτεινής ύλης μπορούν να αναπαράγουν τους μυριάδες γαλαξίες που εντοπίζουν οι αστρονόμοι με τα τηλεσκόπια τους. «Εξετάσαμε γρήγορα τις προσομοιώσεις μας και δεν έχουμε κάτι σαν αυτόν τον γαλαξία», λέει.
Αντίθετα, ο γαλαξίας του Fraternali και άλλοι παρόμοιοι θα μπορούσαν να υποδείξουν την ανάγκη για εναλλακτικές λύσεις στη σκοτεινή ύλη . Όταν οι επιστήμονες συμπεραίνουν την παρουσία κρυμμένης ύλης που κρύβεται, κάνουν υποθέσεις για το πώς λειτουργεί η βαρύτητα. Τι θα γινόταν όμως αν η βαρύτητα λειτουργεί λίγο διαφορετικά από ό,τι πίστευαν;
Στην εργασία τους, ο Fraternali και οι συνεργάτες του δοκίμασαν έναν κορυφαίο υποψήφιο μεταξύ των εναλλακτικών της σκοτεινής ύλης, που ονομάζεται MOND, για την Τροποποιημένη Νευτώνεια Δυναμική, η οποία περιλαμβάνει την τροποποίηση του νόμου της βαρύτητας του Ισαάκ Νεύτωνα. Προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Ισραηλινό φυσικό Mordehai Milgrom τη δεκαετία του 1980, η MOND υποθέτει ότι η τυπική βαρυτική φυσική, η οποία εξηγεί με ακρίβεια τις κινήσεις των αντικειμένων με υψηλές βαρυτικές επιταχύνσεις, όπως οι πλανήτες στο ηλιακό μας σύστημα, μπορεί να μην ισχύει με τον ίδιο τρόπο σε αστέρια που περιστρέφονται αργά στην άκρη του δίσκου ενός γαλαξία. Έτσι, η ασυμφωνία μεταξύ των αναμενόμενων ταχυτήτων των άστρων στους γαλαξίες και του πόσο γρήγορα φαίνονται να κινούνται μπορεί να μην υποδηλώνει έλλειψη μάζας, αλλά μάλλον ένα μαθηματικό λάθος, εάν ο νόμος της βαρύτητας MOND είναι σωστός. Αλλά ενώ το μοντέλο MOND τα πάει καλά με πιο κανονικούς γαλαξίες,Επίσης δεν μπορούσε να εξηγήσει την περιστροφή του χνουδωτού γαλαξία της ομάδας του Fraternali. Τα πήγε εξίσου άσχημα με τα μοντέλα της σκοτεινής ύλης.
Είναι πολύ νωρίς για να πούμε εάν το AGC 114905 υποδηλώνει πρόβλημα με τις θεωρίες της σκοτεινής ύλης, λέει ο Sales. Προς το παρόν, ο Fraternali και άλλοι θα συνεχίσουν να εξετάζουν αυτούς τους αινιγματικούς και προηγουμένως παραγνωρισμένους γαλαξίες, συμπεριλαμβανομένου του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb που εκτοξεύτηκε πρόσφατα , με την ελπίδα να λύσουν αυτό το αίνιγμα. «Δεν είναι σαν να διερευνούμε την άκρη του σύμπαντος ή να προσπαθούμε να δούμε έναν μικροσκοπικό πλανήτη δίπλα σε ένα αστέρι . Είναι πραγματικά εφικτό με τα εργαλεία που έχουμε», λέει ο van Dokkum. «Για μένα, αυτό το κάνει συναρπαστικό».
Αυτή η ιστορία εμφανίστηκε αρχικά στο wired.com .
