ΛΥΚΟΜΙΔΗΣ

Φιλοσοφία, μυσταγωγία και επιστήμη

ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

Posted by lykofron στο 07/01/2010

Μόλις το 1998 κατάφεραν οι αστρονόμοι να ανακαλύψουν ότι μας διέφευγαν περίπου τα 3/4 του περιεχομένου του Σύμπαντος, η επονομαζόμενη Σκοτεινή Ενέργεια, μια άγνωστης μορφής ενέργεια η οποία υπάρχει παντού γύρω μας, που κρατά στα χέρια της τη μοίρα του Κόσμου μας, αλλά για την οποία έχουμε μαύρα μεσάνυχτα. Είναι αλήθεια ότι κάποιοι ερευνητές είχαν προβλέψει πως υπάρχει μια τέτοιας μορφής ενέργεια, όμως ακόμη και αυτοί θα σας πουν ότι η ανίχνευση της συγκαταλέγεται στις πλέον επαναστατικές ανακαλύψεις της κοσμολογίας του 20ου αιώνα. Η σκοτεινή ενέργεια φαίνεται ότι δεν αποτελεί απλώς το κύριο σώμα του Σύμπαντος αλλά και ότι, αν η ύπαρξη της αντέξει στη βάσανο του χρόνου, θα απαιτήσει πιθανότατα την ανάπτυξη νέων φυσικών θεωριών.

Μόλις τώρα οι επιστήμονες αρχίζουν τη μακρά διαδικασία διαλεύκανσης του μυστηρίου της σκοτεινής ενέργειας και των επιπτώσεων της. Ήδη έχουν αρχίσει να σκιαγραφούνται κάποια χαρακτηριστικά της: Αν και η σκοτεινή ενέργεια πρόδωσε την ύπαρξη της μέσω της επίδρασης που ασκεί στο Σύμπαν ως όλον, ενδέχεται ίσως να διαμορφώνει και την εξέλιξη όσων το ενοικούν των άστρων, των γαλαξιών και των γαλαξιακών σμηνών. Εδώ και δεκαετίες οι αστρονόμοι ίσως να βλέπουν το εργόχειρο της, χωρίς όμως να την αναγνωρίζουν.

Κατά ειρωνικό τρόπο, την ανίχνευση της σκοτεινής ενέργειας κατέστησε εξαιρετικά δύσκολη η διεισδυτικότητα της. Η σκοτεινή ενέργεια, σε αντίθεση με την ύλη, δεν δείχνει καμία προτίμηση συσσώρευσης σε κάποιες περιοχές έναντι άλλων εκ φύσεως απλώνεται παντού ομοιόμορφα. Σε οποιοδήποτε σημείο, είτε αυτό βρίσκεται στην κουζίνα σας είτε στον μεσογαλαξιακό χώρο έχει την ίδια πυκνότητα, περίπου 10 στην -26 χιλιόγραμμα ανά κυβικό μέτρο, ισοδύναμη με αυτή μιας χούφτας ατόμων υδρογόνου. Όλη η σκοτεινή ενέργεια που εμπεριέχεται στο ηλιακό μας σύστημα συμποσούνται στη μάζα ενός μικρού αστεροειδούς, όντας ένας εντελώς ασήμαντος παράγοντας στο χορό των πλανητών. Οι επιδράσεις της αναδεικνύονται μόνο εφόσον παρατηρηθούν σε απέραντες αποστάσεις και σε μεγάλο εύρος χρόνου.

Από τις μέρες του αμερικανού αστρονόμου Edwin Hubble, οι παρατηρητές γνωρίζουν ότι όλοι εκτός οι κοντινότεροι μας γαλαξίες απομακρύνονται από εμάς με ταχύ ρυθμό. Για την ακρίβεια, ο ρυθμός αυτός είναι ανάλογος της απόστασης: όσο πιο μακρινός είναι ο γαλαξίας τόσο πιο ταχεία είναι η απομάκρυνση του από εμάς. Μια τέτοια σχέση υπονοεί ότι οι γαλαξίες δεν κινούνται διά του χώρου με τη συνήθη έννοια της κίνησης, αλλά ότι συμπαρασύρονται από το χώρο, καθώς η ίδια η δομή του χώρου επεκτείνεται. Επί δεκαετίες, οι αστρονόμοι αγωνίζονταν να απαντήσουν στο ερώτημα που εύλογα ανακύπτει: Πώς μεταβάλλεται με την πάροδο του χρόνου ο ρυθμός διαστολής; Επιχειρηματολογούσαν ότι θα πρέπει να επιβραδύνεται, καθόσον η προς τα έσω βαρυτική έλξη που ασκείται μεταξύ των γαλαξιών θα έπρεπε να έχει αντισταθμίσει την προς τα έξω διαστολή.

Η πρώτη σαφής παρατηρημένη ένδειξη μεταβολής του ρυθμού διαστολής προήλθε από μακρινούς σουπερνόβα υπερκαινοφανείς εκρήξεις άστρων οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως δείκτες της κοσμικής διαστολής, ακριβώς όπως και τα επιπλέοντα ξύλινα συντρίμματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση της ταχύτητας ροής ενός ποταμού. Με αυτές τις παρατηρήσεις έγινε σαφές ότι η διαστολή ήταν βραδύτερη στο παρελθόν σε σχέση με το παρόν και, ως εκ τούτου, η κοσμική διαστολή επιταχύνει! Ακριβέστερα, επιβραδυνόταν, αλλά σε κάποιο σημείο υπ στη μια μετάβαση και άρχισε να επιταχύνεται. Αυτό το εντυπωσιακό αποτέλεσμα έχει προ πολλού διασταυρωθεί από ανεξάρτητες μελέτες της ακτινοβολίας του κοσμικού μικροκυματικού υποβάθρου όπως, για παράδειγμα, από τον Εξερευνητή Μικροκυμακής Ανισοτροπίας Wilkinson (WMΑΡ).

Ένα πιθανό συμπέρασμα το οποίο προκύπτει από τα παραπάνω είναι ότι οι νόμοι της βαρύτητας που ισχύουν στις υπεργαλαξιακές κλίμακες είναι διαφορετικοί από αυτούς οι οποίοι ισχύουν σε μικρότερες κλίμακες, έτσι ώστε η βαρυτική έλξη μεταξύ των γαλαξιών, στην πραγματικότητα, να μην αντιτίθεται στη διαστολή. Κατά μια πιο γενικά αποδεκτή υπόθεση όμως, οι νόμοι της βαρύτητας είναι μεν παγκόσμιοι, αλλά κάποιας μορφής ενέργεια, προηγουμένως άγνωστη στην επιστήμη, αντιτίθεται και υπερνικά την αμοιβαία έλξη των γαλαξιών, απομακρύνοντας όλο και πιο γρήγορα τον εν από τον άλλο. Μολονότι η σκοτεινή ενέργεια είναι ασήμαντη μέσα στον Γαλαξία μας, συμποσούμενη καθίσταται η πιο ισχυρή δύναμη στον Κόσμο.

Κοσμικός λαξευτής

Μελετώντας το νέο αυτό φαινόμενο, οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ότι η σκοτεινή ενέργεια, πέρα από το να καθορίζει διαστολή του συνόλου Σύμπαντος, έχει μακροπρόθεσμες συνέπειες και για τους σχηματισμούς μικρότερης κλίμακας. Καθώς λοιπόν εστιάζουμε σε κλίμακες μικρότερες από απ ολόκληρου του παρατηρήσιμου Σύμπαντος, το πρώτο πράγμα που παρατηρούμε είναι ότι η ύλη, σε κοσμικές κλίμακα κατανέμεται σε ένα μόρφωμα το οποίο μοιάζει με ιστό αράχνης ένα λεπτούργημα από νημάτια, πολλά από αυτά μήκος δεκάδες εκατομμύρια έτη φωτός, διεσπαρμένα ανάμεσα σε κενά όμοιων διαστάσεων. Οι προσομοιώσεις φανέρώνουν ότι αμφότερες, η ύλη και η σκοτεινή ενέργεια, είναι αναγκαίες για την εξήγηση του συγκεκριμένου μορφώματος.

Ωστόσο, αυτό το εύρημα δεν μας αιφνιδίασε τόσο που τα νημάτια και τα κενά δεν είναι συνεκτικά σώματα όπως ας πούμε, ένας πλανήτης. Δεν έχουν αποσπαστεί από τη συνολική κοσμική διαστολή, εδραιώνοντας μια δική τους εσωτερική ισορροπία δυνάμεων. Είναι μάλλον χαρακτηριστικά διαμορφωμένα από τον ανταγωνισμό μεταξύ κοσμικής διαστολής (και οποιουδήποτε φαινομένου την επηρεάζει) και της ίδιας τους της βαρύτητας. Στο δικό μας Σύμπαν, κανένας από τους παίκτες σε αυτή τη διελκυστίνδα δεν είναι συντριπτικά κυρίαρχος. Εάν η σκοτεινή ενέργεια ήταν ισχυρότερη, θα είχε επικρατήσει η διαστολή και η ύλη θα επεκτεινόταν χωρίς να συγκεντρώνεται σε νημάτια. Εάν η σκοτεινή ενέργεια ήταν ασθενέστερη, η ύλη θα ήταν πιο συγκεντρωμένη απ’ ό,τι τώρα.

Η κατάσταση γίνεται πιο περίπλοκη καθώς εστιάζουμε σε όλο και μικρότερες κλίμακες και φτάνουμε την κλίμακα των γαλαξιών και των γαλαξιακών σμηνών. Οι γαλαξίες, συμπεριλαμβανομένου του Γαλαξία μας, δεν διαστέλλονται προϊόντος του χρόνου. Το μέγεθος τους ελέγχεται από την ισορροπία μεταξύ της βαρύτητας και της στροφορμής των άστρων, των αερίων και της λοιπής ύλης από την οποία συνίστανται· αναπτύσσονται μόνο προσροφώντας νέα ύλη από τον μεσογαλαξιακό χώρο ή συγχωνευόμενοι με άλλους γαλαξίες. Η κοσμική διαστολή ασκεί μια ασήμαντη επίδραση σε αυτούς. Συνεπώς, δεν είναι καθόλου αυτονόητο ότι η σκοτεινή ενέργεια θα έπρεπε να είχε οποιονδήποτε λόγο στο σχηματισμό των γαλαξιών. Το ίδιο ισχύει και για τα σμήνη γαλαξιών, τις μεγαλύτερες συνεκτικές δομές στο Σύμπαν συναθροίσεις χιλιάδων γαλαξιών, εμβαπτισμένων σε ένα τεράστιο νέφος θερμού αερίου, συζευγμένων λόγω της αμοιβαίας έλξης τους.

Και όμως, τώρα φαίνεται ότι ίσως η σκοτεινή ενέργεια αποτελεί τον συνδετικό κρίκο πολλών διαφορετικών όψεων του σχηματισμού γαλαξιών και γαλαξιακών σμηνών, οι οποίες μέχρι και το πρόσφατο παρελθόν έμοιαζαν ασύνδετες μεταξύ τους. Ο λόγος είναι ότι ο σχηματισμός και η εξέλιξη αυτών των συστημάτων καθοδηγείται εν μέρει από τις αλληλεπιδράσεις και τις συγχωνεύσεις γαλαξιών, οι οποίες με τη σειρά τους ίσως είχαν ως κινητήρια δύναμη τους τη σκοτεινή ενέργεια.

Για να κατανοήσουμε την επίδραση της σκοτεινής ενέργειας στο σχηματισμό των γαλαξιών, ας θεωρήσουμε καταρχάς τις απόψεις των αστρονόμων περί αυτού. Οι τρέχουσες θεωρίες βασίζονται στην ιδέα ότι η ύλη υπάρχει σε δύο βασικές μορφές. Πρώτον, υπάρχει η συνήθης ύλη· τα σωματίδια της αλληλεπιδρούν εύκολα μεταξύ τους και, στην περίπτωση που φέρουν ηλεκτρικό φορτίο, με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Οι αστρονόμοι ονομάζουν αυτή τη μορφή ύλης «βαρυονική», εκ του γεγονότος ότι τα βασικά συστατικά της είναι τα βαρυόνια (όπως πρωτόνια και νετρόνια). Δεύτερον, υπάρχει η σκοτεινή ύλη (η οποία δεν πρέπει να συγχέεται με τη σκοτεινή ενέργεια) συνιστά το 85% όλης της ύλης, και το κύριο χαρακτηριστικό της είναι ότι αποτελείται από σωματίδια τα οποία δεν αλληλεπιδρούν με την ακτινοβολία. Βαρυτικά, η σκοτεινή ύλη συμπεριφέρεται όπως ακριβώς και η συνήθης ύλη.

Σύμφωνα με θεωρητικά μοντέλα, η σκοτεινή ύλη άρχισε να συσσωρεύεται αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, σχηματίζοντας σφαιρικούς σβόλους, τους οποίους οι αστρονόμοι αποκαλούν «στεφάνους» (halos). Τα βαρυόνια, αντίθετα, απέφυγαν αρχικώς το σχηματισμό σβόλων λόγω της αμοιβαίας τους αλληλεπίδρασης και της αλληλεπίδρασης τους με την ακτινοβολία. Παρέμειναν σε μια θερμή, αέρια φάση. Καθώς το Σύμπαν διαστελλόταν, το αέριο ψύχθηκε, και τα βαρυόνια μπόρεσαν να συσσωματωθούν. Τα πρώτα άστρα και γαλαξίες προέκυψαν από συμπυκνώσεις αυτού του ψυχρού αερίου, λίγα εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, οι οποίες δεν υλοποιήθηκαν σε τυχαίες θέσεις αλλά στα κέντρα των ήδη σχηματισθέντων στεφάνων σκοτεινής ύλης.

Από τη δεκαετία τού 1980, αρκετοί θεωρητικοί φυσικοί, συμπεριλαμβανομένων ομάδων στις οποίες ηγούνται οι Simon White, του Ινστιτούτου Αστροφυσικής Max Planck στο Γκέρχινγκ (Γερμανία), και Carlos S. Frenk, του Πανεπιστημίου τοy Ντέραμ (Αγγλία)  έχουν διεξαγάγει λεπτομερείς υπολογιστικές προσομοιώσεις τής εν λόγω διαδικασίας. Έδειξαν ότι οι περισσότερες από τις αρχικές δομές ήταν οι μικρής μάζας και μεγέθους στέφανοι σκοτεινής ύλης. Λόγω του ότι το πρώιμο Σύμπαν ήταν τόσο πυκνό, αυτοί οι μικρής μάζας στέφανοι (και οι γαλαξίες τους οποίους εμπεριείχαν) αλληλοσυγχωνεύτηκαν, σχηματίζοντας συστήματα μεγαλύτερης μάζας. Με αυτό τον τρόπο, ο σχηματισμός γαλαξιών ήταν μια διαδικασία από κάτω προς τα πάνω, σαν να κατασκευάζουμε ένα κουκλόσπιτο με τουβλάκια (η εναλλακτική λύση θα ήταν μια διαδικασία από πάνω προς τα κάτω, την οποία ξεκινάμε με ένα κουκλόσπιτο που το διαλύουμε για α πάρουμε τα τουβλάκια). Οι συνάδελφοι μου και εγώ επιχειρήσαμε να ελέγξουμε αυτά τα μοντέλα, εξετάζοντας μακρινούς γαλαξίες και πώς αυτοί συγχωνεύτηκαν προϊόντος του (κοσμικού) χρόνου.

0 σχηματισμός γαλαξιών ξεφτίζει

Απο λεπτομερείς μελέτες προκύπτει ότι ένας γαλαξίας καμπυλώνεται καθώς συγχωνεύεται με έναν άλλο γαλαξία. Οι αρχαιότεροι γαλαξίες τους οποίους μπορούμε να παρατηρήσουμε υπήρχαν όταν το Σύμπαν είχε ηλικία 1 περίπου δισεκατομμυρίου ετών, και πολλοί από αυτούς φαίνεται όντως ότι συγχωνεύονται. Με το πέρασμα του χρόνου όμως, η συγχώνευση     των γαλαξιών μεγάλης μάζας έγινε λιγότερο συχνή. Μεταξύ 2 και 6 δισεκατομμυρίων ετών —παραπάνω από το πρώτο ήμισυ της κοσμικής ιστορίας—, το ποσοστό των γαλαξιών μεγάλης μάζας που υφίστανται συγχώνευση μειώθηκε από το 50% σε ένα σχεδόν μηδενικό ποσοστό. Έκτοτε, η κατανομή των γαλαξιακών σχημάτων «πάγωσε», μια ένδειξη ότι οι συγκρούσεις και οι συγχωνεύσεις έγιναν σχετικά σπάνια γεγονότα.

Στην πραγματικότητα, το 98% των γαλαξιών μεγάλης μάζας στο τωρινό Σύμπαν είναι ελλειπτικοί ή σπειροειδείς, με σχήματα τα οποία θα καταστρέφονταν από μια ενδεχόμενη συγχώνευση. Αυτοί οι γαλαξίες είναι σταθεροί και περιέχουν κυρίως αρχαία άστρα, στοιχείο το οποίο φανερώνει ότι θα πρέπει να έχουν δημιουργηθεί νωρίς και να έχουν διατηρήσει τη μορφή τους για αρκετό χρόνο. Λίγοι γαλαξίες συγχωνεύονται σήμερα, και αυτοί τυπικά έχουν μικρή μάζα.

Η ουσιαστική παύση των συγχωνεύσεων δεν είναι ο μόνος τρόπος με τον οποίο το Σύμπαν «έχασε το δυναμισμό του» όταν είχε τη μισή από την τωρινή του ηλικία. Ελαττώθηκε και ο σχηματισμός άστρων. Τα περισσότερα από τα άστρα που υπάρχουν σήμερα γεννήθηκαν στο πρώτο μισό της κοσμικής ιστορίας, όπως για πρώτη φορά κατά τη δεκαετία τού 1990 απέδειξαν αρκετές ομάδες, συμπεριλαμβανομένων αυτών στις οποίες ηγούνται οι Simon Lilly, τότε στο Πανεπιστήμιο του Τορόντο, Piero Madau, τότε στο επιστημονικό επιτελείο του Ινστιτούτου του Διαστημικού Τηλεσκοπίου, και Charles C. Steider  του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας.  Πιο πρόσφατα, οι ερευνητές κατανόησαν πώς συνέβη το εν λόγω φαινόμενο. Έτσι, ο σχηματισμός άστρων στους γαλαξίες μεγάλης μάζας έπαψε νωρίς. Εφόσον το Σύμπαν είχε τη μισή από τη σημερινή του ηλικία, μόνο τα ελαφρότερα συστήματα συνέχισαν να δημιουργούν άστρα με σημαντικό ρυθμό. Αυτή η μεταβολή στον τόπο σχηματισμού άστρων ονομάζεται «σμίκρυνση». Φαίνεται παράδοξο· η θεωρία περί του σχηματισμού γαλαξιών προβλέπει ότι πρώτα σχηματίζονται οι μικροί γαλαξίες και, καθώς συγχωνεύονται, προκύπτουν οι γαλαξίες μεγάλης μάζας. Εντούτοις, η ιστορία του σχηματισμού των άστρων δείχνει το αντίθετο: οι γαλαξίες μεγάλης μάζας είναι τα κύρια αστρικά λίκνα και ύστερα έρχονται οι μικρότεροι γαλαξίες.

Ένα άλλο παράδοξο είναι ότι η δημιουργία υπέρμαζων μαύρων τρυπών, οι οποίες βρίσκονται στα κέντρα των γαλαξιών, φαίνεται να έχει επιβραδυνθεί σημαντικά. Τέτοιες μαύρες τρύπες τροφοδοτούν τους κβάξαρ και άλλους τύπους ενεργών γαλαξιών, οι οποίοι απαντούν σπάνια στο σύγχρονο Σύμπαν οι μαύρες τρύπες του δικού μας Γαλαξία, καθώς και άλλων γαλαξιών φυσικά, είναι ανενεργές. Σχετίζονται μεταξύ τους αυτά τα φαινόμενα γαλαξιακής εξέλιξης; Είναι όντως πιθανό να συνιστά γενεσιουργό τους αιτία η σκοτεινή ενέργεια;

Η στιβαρή λαβή της σκοτεινής ενέργειας

Κάποιοι αστρονόμοι έχουν προτείνει ότι οι εσωτερικές διεργασίες των γαλαξιών, όπως η απελευθερωμένη από μαύρες τρύπες και σουπερνόβα ενέργεια, έβαλαν τέλος στο σχηματισμό άστρων και γαλαξιών. Όμως η σκοτεινή ενέργεια ξεπροβάλλει ως περισσότερο βασικός «ένοχος» σαν αυτός που μπορεί να συναρμόσει τα πάντα μεταξύ τους. Η κύρια ένδειξη είναι η σε αδρές γραμμές χρονική σύμπτωση μεταξύ του τέλους της διαδικασίας σχηματισμού γαλαξιών και γαλαξιακών σμηνών και της έλευσης της κυριαρχίας της σκοτεινής ενέργειας. Αμφότερα συνέβησαν όταν το Σύμπαν είχε τη μισή από την τωρινή του ηλικία.

Η όλη ιδέα στηρίζεται στο ότι, μέχρι εκείνη τη χρονική περίοδο, η πυκνότητα της ύλης ήταν τόσο μεγάλη ώστε οι βαρυτικές δυνάμεις μεταξύ των γαλαξιών κυριαρχούσαν επί των επιδράσεων της σκοτεινής ενέργειας. Οι γαλαξίες «συγχρωτίζονταν», αλληλεπιδρούσαν μεταξύ τους και πολύ συχνά συγχωνεύονταν. Νέα άστρα σχηματίζονταν καθώς συγκρούονταν νέφη αερίων στο εσωτερικό των γαλαξιών και γεννιούνταν μαύρες τρύπες όταν αέριο κατευθυνόταν προς το κέντρο αυτών των συστημάτων. Προϊόντος του χρόνου και της διαστολής του χώρου, η ύλη αραίωσε και η βαρύ­τητα της εξασθένησε, ενώ η ένταση της σκοτεινής ενέργειας παρέμεινε σταθερή (ή περίπου σταθερή). Η μετατόπιση της ισορροπίας μεταξύ ύλης και σκοτεινής ενέργειας ουσιαστικά προκάλεσε την αλλαγή του ρυθμού διαστολής από επιβραδυνόμενο σε επιταχυνόμενο. Ως εκ τούτου, οι δομές στις οποίες έδρευαν οι γαλαξίες αποχωρίστηκαν, με συνεπακόλουθο τη σταδιακή μείωση του ρυθμού γαλαξιακών συγχωνεύσεων. Επιπλέον, το μεσογαλαξιακό αέριο εισέπιπτε δυσκολότερα στους γαλαξίες. Και οι μαύρες τρύπες, χωρίς καύσιμα, έγιναν πιο ανενεργές.

Αυτή η ακολουθία γεγονότων πιθανόν να ευθύνεται για τη σμίκρυνση του γαλαξιακού πληθυσμού. Οι μεγαλύτεροι στέφανοι σκοτεινής ύλης, καθώς και οι εμβαπτισμένοι σε αυτούς γαλαξίες, είναι επίσης και οι πιο συνομαδωμένοι· εδρεύουν πολύ κοντά με άλλους στεφάνους μεγάλης μάζας. Συνεπώς, είναι πιο πιθανό να συγκρουστούν με τους γείτονες τους νωρίτερα από τα μικρότερης μάζας συστήματα. Όταν συγκρούονται, υπόκεινται σε μια έκρηξη σχηματισμού άστρων. Τα νεοσχηματισμένα άστρα ακτινοβολούν και εκρήγνυνται, θερμαίνοντας το αέριο και αποτρέποντας έτσι την κατάρρευση του σε νέα άστρα. Με τον τρόπο αυτό, η ίδια η διαδικασία σχηματισμού άστρων παρεμποδίζει την εξέλιξη της: τα άστρα θερμαίνουν το αέριο από το οποίο αναδύθηκαν, αποτρέποντας το σχηματισμό νέων άστρων. Η μαύρη τρύπα στο κέντρο ενός τέτοιου γαλαξία δρα ως ένας ακόμα μηχανισμός απόσβεσης του σχηματισμού άστρων. Η συγχώνευση με ένα γαλαξία τροφοδοτεί τη μαύρη τρύπα με αέριο, προκαλώντας τη δημιουργία πιδάκων εκροής που θερμαίνουν το αέριο του συστήματος και το αποτρέπουν από το να ψυχθεί και να σχηματίσει νέα άστρα.

Προφανώς, άπαξ και σταματήσει ο σχηματισμός άστρων στους γαλαξίες μεγάλης μάζας, δεν ξαναρχίζει —πιθανότατα λόγω εξάντλησης του αερίου αυτών των συστημάτων ή λόγω υπερβολικής θέρμανσης του ώστε να μην μπορεί να ψυχθεί με επαρκώς ταχείς ρυθμούς. Οι γαλαξίες μεγάλης μάζας μπορούν ακόμα να αλληλοσυγχωνευτούν, λίγα ωστόσο νέα άστρα αναδύονται λόγω έλλειψης ψυχρού αερίου. Καθώς οι γαλαξίες μεγάλης μάζας αδρανούν, οι μικρότεροι γαλαξίες εξακολουθούν να συγχωνεύονται και να σχηματίζουν άστρα. Αποτέλεσμα των παραπάνω είναι ότι οι μεγάλοι γαλαξίες αποκτούν το σχήμα τους πριν από τους μικρότερους, όπως και παρατηρείται. Αυτή τη διαδικασία ίσως τη ρύθμισε η σκοτεινή ενέργεια, καθορίζοντας το βαθμό συνομάδωσης των γαλαξιών και το ρυθμό συγχώνευσης τους.

Η σκοτεινή ενέργεια θα μπορούσε επίσης να εξηγήσει την εξέλιξη των γαλαξιακών σμηνών. Τα αρχαία σμήνη, τα οποία υπάρχουν από την εποχή που το Σύμπαν είχε ηλικία μικρότερη από το μισό της σημερινής, είχαν ήδη τόσο μεγάλη μάζα όσο και τα τωρινά σμήνη. Τούτο σημαίνει ότι τα γαλαξιακά σμήνη δεν έχουν αναπτυχθεί σημαντικά τα τελευταία 6 με 8 δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτή η έλλειψη ανάπτυξης αποτελεί ένδειξη περιστολής της συνομάδωσης των γαλαξιών σε σμήνη κατά τη διάρκεια της μέσης ηλικίας του Σύμπαντος σαφής ένδειξη της επιρροής της σκοτεινής ενέργειας στον τρόπο με τον οποίο αλληλεπιδρούν οι γαλαξίες στις μεγάλες κλίμακες. Οι αστρονόμοι γνώριζαν από τα μέσα της δεκαετίας τού 1990 ότι τα σμήνη γαλαξιών δεν έχουν αναπτυχθεί σημαντικά τα τελευταία 8 δισεκατομμύρια χρόνια, γεγονός το οποίο απέδωσαν στη χαμηλότερη από τη θεωρητικά προβλεπόμενη πυκνότητα της ύλης. Η ανακάλυψη της σκοτεινής ενέργειας ήρε την αντίφαση μεταξύ παρατήρησης και θεωρίας.

Ένα παράδειγμα της αλλαγής που επιφέρει η σκοτεινή ενέργεια στην ιστορία των γαλαξιακών σμηνών αποτελεί η μοίρα των γαλαξιών στην άμεση γειτονιά μας, γνωστών ως Τοπική Ομάδα. Μέχρι πριν από λίγα χρόνια, οι αστρονόμοι πίστευαν ότι ο Γαλαξίας μας και η Ανδρομέδα (ο πλησιέστερος του μεγάλος γείτονας), μαζί με τη συνοδεία των γαλαξιών δορυφόρων τους, θα έπεφταν στο κοντινό τους σμήνος της Παρθένου. Όμως τώρα διαφαίνεται ότι δεν θα έχουμε αυτή τη μοίρα και δεν θα γίνουμε ποτέ μέρος ενός μεγάλου σμήνους γαλαξιών. Η σκοτεινή ενέργεια επιφέρει αύξηση της απόστασης μας από το σμήνος της Παρθένου με ρυθμό ταχύτερο απ’ όσο θα χρειαζόταν το σμήνος της Τοπικής Ομάδας για να διασχίσει το σμήνος της Παρθένου.

Εκτός από το να ανακόπτει την εξέλιξη των σμηνών, η σκοτεινή ενέργεια ελέγχει και τη διευθέτηση των γαλαξιών εντός των σμηνών. Το περιβάλλον του σμήνους ευνοεί το σχηματισμό ενός «ζωολογικού κήπου» γαλαξιών, όπως οι λεγόμενοι φακοειδείς, γίγαντες ελλειπτικοί και νάνοι ελλειπτικοί. Ρυθμίζοντας την ικανότητα των γαλαξιών να συνομαδώνονται σε σμήνη, η σκοτεινή ενέργεια υπαγορεύει τη σχετική αφθονία των εν λόγω γαλαξιακών τύπων.

Αυτή ακούγεται ως μια καλή ιστορία, είναι όμως και αληθινή; Οι συγχωνεύσεις γαλαξιών, η δραστηριότητα των μαύρων τρυπών και ο σχηματισμός άστρων φθίνουν με την πάροδο του χρόνου και πιθανότατα σχετίζονται με κάποιον τρόπο μεταξύ τους .Όμως οι αστρονόμοι δεν έχουν ακόμα διαλευκάνει την πλήρη ακολουθία των γεγονότων. Υπό εξέλιξη έρευνες με το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble, το Παρατηρητήριο ακτινών Χ Chandra και ευαίσθητες επίγειες τεχνικές απεικόνισης και φασματοσκοπίας θα διερευνήσουν εξονυχιστικά τις παραπάνω σχέσεις μέσα στα επόμενα έτη. Ένας καλός τρόπος εξέτασης είναι η προσεκτική χαρτογράφηση των μακρινών ενεργών γαλαξιών και ο προσδιορισμός της χρονικής στιγμής κατά την οποία υπέστησαν για τελευταία φορά συγχώνευση. Η ανάλυση θα απαιτήσει την ανάπτυξη νέων θεωρητικών εργαλείων, κάτι το οποίο φαίνεται να βρίσκεται μέσα στις δυνατότητες μας κατά τα επόμενα χρόνια.

Επιτυγχάνοντας ισορροπία

Το κυριαρχούμενο απ;o σκοτεινή ενέργεια επιταχυνόμενο Σύμπαν παράγει με φυσικό τρόπο όλες τις παρατηρούμενες μεταβολές του γαλαξιακού πληθυσμού ήτοι, την κατάπαυση των συγχωνεύσεων και τα πολλά συνεπακόλουθα της, όπως η απώλεια του έντονου σχηματισμού άστρων και το τέλος της γαλαξιακής μεταμόρφωσης. Εάν δεν υπήρχε η σκοτεινή ενέργεια, οι συγχωνεύσεις των γαλαξιών πιθανόν θα συνέβαιναν για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα απ’ ό,τι συνέβησαν, και σήμερα το Σύμπαν μας θα περιείχε πολύ περισσότερους γαλαξίες μεγάλης μάζας με αρχαίους αστρικούς πληθυσμούς. Επιπρόσθετα, θα είχε λιγότερα συστήματα μικρότερης μάζας, ενώ οι σπειροειδείς γαλαξίες όπως ο Γαλαξίας μας, θα ήταν σπάνιοι (δεδομένου ότι οι σπειροειδείς γαλαξίες δεν επιβιώνουν σε μια διαδικασία συγχώνευσης). Οι μεγάλης κλίμακας γαλαξιακές δομές θα ήταν πιο ισχυρά συζευγμένες, και θα λάμβαναν χώρα περισσότερες συγχωνεύσεις και διαδικασίες προσαύξησης.

Αντιστρόφως, εάν η σκοτεινή ενέργεια ήταν ισχυρότερη απ’ όσο είναι τώρα, το Σύμπαν θα είχε λιγότερες συγχωνεύσεως και συνεπώς λιγότερους γαλαξίες μεγάλης μάζας και γαλαξιακά σμήνη. Οι σπειροειδείς γαλαξίες και οι μικρής μάζας ακανόνιστοι γαλαξίες-νάνοι θα ήταν συχνότεροι, διότι λιγότερες γαλαξιακές συγχωνεύσεις θα είχαν συμβεί με την πάροδο του χρόνου, οπότε τα γαλαξιακά σμήνη θα είχαν πολύ μικρότερη μάζα ή και δεν θα υπήρχαν καθόλου. Είναι επίσης πιθανό να είχαν σχηματιστεί λιγότερα άστρα, ένα δε μεγαλύτερο κλάσμα της βαρυονικής μάζας του Σύμπαντος θα ήταν ακόμα σε αέρια κατάσταση.

Αν και αυτές οι διαδικασίες φαντάζουν μακρινές, ο τρόπος που σχηματίζονται οι γαλαξίες έχει επίδραση στην ίδια μας την ύπαρξη. Τα άστρα είναι αναγκαία για την παραγωγή στοιχείων βαρύτερων από το λίθιο, αυτά χρειάζονται δε για τη δημιουργία όμοιων με τη Γη πλανητών αλλά και ζωής. Εάν οι μικρότεροι ρυθμοί σχηματισμού άστρων σήμαιναν ότι τα εν λόγω χημικά στοιχεία δεν θα δημιουργούνταν σε μεγάλη αφθονία, το Σύμπαν δεν θα είχε πολλούς πλανήτες και η ίδια η ζωή ίσως ουδέποτε θα είχε εμφανιστεί. Υπό αυτή την έννοια, η σκοτεινή ενέργεια ενδέχεται να είχε βαθιά επίδραση σε πολλές και φαινομενικά ασύνδετες όψεις του Σύμπαντος, ίσως ακόμη και στην ακριβή ιστορία του πλανήτη μας.

Η σκοτεινή ενέργεια σε καμία περίπτωση δεν έχει ολοκληρώσει το έργο της. Ενδέχεται να ευεργετεί και την ύπαρξη της ζωής: η επιτάχυνση θα εμποδίσει την κατάρρευση, η οποία μέχρι πρότινος ανησυχούσε τους αστρονόμους .Όμως φέρνει άλλους κινδύνους. Ο ελάχιστος είναι ότι απωθεί τους μακρινούς γαλαξίες, προκαλώντας τη ραγδαία απομάκρυνση τους μέχρι να τους χάσουμε οριστικά από το οπτικό μας πεδίο. Ο χώρος εκκενώνεται, μετατρέποντας τον Γαλαξία μας και τους άμεσους γείτονες του σε ένα όλο και πιο απομονωμένο νησί. Τα σμήνη των γαλαξιών, οι γαλαξίες, ακόμη και τα άστρα, περιπλανώμενα στον μεσογαλαξιακό χώρο, θα έχουν μια ουσιαστικά περιορισμένη σφαίρα βαρυτικής επιρροής, όχι πολύ μεγαλύτερη από το ίδιο τους το μέγεθος.

Ακόμη χειρότερα, η σκοτεινή ενέργεια ίσως εξελίσσει Κάποια μοντέλα προβλέπουν ότι αν η σκοτεινή ενέργεια, με την πάροδο του χρόνου, κυριαρχήσει ακόμη περισσότερο, θα διαρρήξει βαρυτικά συνεκτικά αντικείμενα, όπως σμήνη γαλαξιών και γαλαξίες. Τελικά, η Γη θα απογυμνωθεί από τon Ήλιο και θα θρυμματιστεί μαζί με όλα τα σώματα που βρίσκονται πάνω της. Ακόμη και τα άτομα θα καταστραφούν.

CHRISTOPHER J. CONSELICE, αστρονόμος και λέκτορας στο πανεπιστήμιο Νοτιγχαμ στην Αγγλία

Advertisements

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

 
Αρέσει σε %d bloggers: