To διαστημικό τηλεσκόπιο Πλανκ και η χαμένη μάζα των γαλαξιών

Τετάρτη, 19 Φεβρουαρίου 2014 18:16
UPD:18:16
ESA.INT

Το πρόβλημα που προέκυψε από τις μετρήσεις του Πλανκ ( στη φωτογραφία), ήταν πως η μάζα που υπολόγισε πως περιέχεται στα γαλαξιακά σμήνη, ήταν κατά 40% μικρότερη από αυτή που θα προέβλεπε κανείς μελετώντας τις διακυμάνσεις του πρώιμου Σύμπαντος.

Δύο νέες έρευνες κοσμολογίας διευθετούν ορισμένες ασυμφωνίες που είχαν προκύψει από τα πρόσφατα δεδομένα της ευρωπαϊκής διαστημικής αποστολής Πλανκ, σύμφωνα με τα οποία οι γαλαξίες έχουν μικρότερη μάζα από την προβλεπόμενη.

Η βασική αρχή που διέπει τη σύγχρονη κοσμολογία, υποστηρίζει πως το Σύμπαν είναι ισότροπο και ομογενές, μοιάζει δηλαδή ίδιο σε όποια κατεύθυνση και αν κοιτάξουμε και σε όποια περιοχή και αν βρεθούμε.

Η ύπαρξη δομών στο Σύμπαν όπως οι Γαλαξίες, τα άστρα και οι πλανήτες παραβιάζουν φαινομενικά αυτή την αρχή, όμως εάν κοιτάξουμε σε μεγάλες κλίμακες η ισχύς της επιβεβαιώνεται από όλες τις παρατηρήσεις, κάτι που σημαίνει πως το Σύμπαν θα μας φαινόταν περίπου ίδιο, ακόμη και αν κατοικούσαμε στις παρυφές του ορατού σε εμάς Σύμπαντος.

Οι δομές στο Σύμπαν οφείλουν την ύπαρξη τους, στις πολύ μικρές διακυμάνσεις που υπήρξαν στην ενέργεια του λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Αν και οι διακυμάνσεις αυτές, κβαντικής προέλευσης, ήταν αρχικά εξαιρετικά αμυδρές, στην πορεία του χρόνου ενισχύθηκαν από τις ελκτικές δυνάμεις της βαρύτητας, και έγιναν οι «σπόροι» γύρω από τους οποίους υφάνθηκαν όλες οι δομές που παρατηρούμε σήμερα.

Οι κβαντικές διακυμάνσεις του πρώιμου Σύμπαντος, έχουν αποτυπωθεί στην ακτινοβολία που ακόμη λαμβάνουμε ως απόηχο της Μεγάλης Έκρηξης, η οποία ονομάζεται Μικροκυματική Ακτινοβολία Υποβάθρου. Στόχος της διαστημικής αποστολής Πλανκ ήταν να μελετήσει την ακτινοβολία υποβάθρου με τη μεγαλύτερη ακρίβεια μέχρι σήμερα, κάτι που το κατάφερε με μεγάλη επιτυχία.

Το πρόβλημα που προέκυψε από τις μετρήσεις του Πλανκ, ήταν πως η μάζα που υπολόγισε πως περιέχεται στα γαλαξιακά σμήνη, ήταν κατά 40% μικρότερη από αυτή που θα προέβλεπε κανείς μελετώντας τις διακυμάνσεις του πρώιμου Σύμπαντος.

Η συγκεκριμένη ασυμφωνία είχε ωθήσει αρκετούς θεωρητικούς επιστήμονες στην πρόταση εναλλακτικών κοσμολογικών μοντέλων που να εξηγούσαν τη διαφορά. Για παράδειγμα πριν δύο μόνο εβδομάδες φυσικοί του πανεπιστημίου του Σικάγο είχαν εκδώσει μία έρευνα, σύμφωνα με την οποία εάν τα νετρίνα ήταν πιο βαριά από ότι πιστεύαμε, η μειωμένη μάζα στα γαλαξιακά σμήνη θα μπορούσε να εξηγηθεί.

Δύο νέες έρευνες όμως υποστηρίζουν πως κάτι τέτοιο δεν είναι απαραίτητο, αφού εκτελώντας νέες μετρήσεις, και χρησιμοποιώντας το  φαινόμενο του βαρυτικού φακού, όπου μεγάλες μάζες συγκεντρώνουν την ακτινοβολία που περνάει γύρω τους προς μία συγκεκριμένη κατεύθυνση, έδειξαν πως η μάζα στα γαλαξιακά σμήνη είναι σημαντικά μεγαλύτερη από τις εκτιμήσεις του Πλανκ.

Χρησιμοποιώντας τη συγκεκριμένη μέθοδο, οι επιστήμονες ζυγίζουν εμμέσως περιοχές στο Σύμπαν, παρατηρώντας πόσο «λυγίζουν» τις ακτίνες φωτός που περνούν από κοντά τους.

Μία από τις ερευνητικές ομάδες, με βάση το ερευνητικό κέντρο κοσμολογίας του πανεπιστημίου Στάνφορντ, χρησιμοποίησε το τηλεσκόπιο 8.2 μέτρων Subaru στη Χαβάη, και μέτρησε τη μάζα 22 γαλαξιακών σμηνών που είχε παρατηρήσει και το Πλανκ, κάνοντας μία εκτίμηση 43% μεγαλύτερη από αυτή του Πλανκ. Η άλλη ομάδα, χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο Χαμπλ, έκανε μία εκτίμηση 30% μεγαλύτερη από αυτή του Πλανκ, για τη μάζα 25 άλλων γαλαξιακών σμηνών.

Σύμφωνα με τους ερευνητές, η διαφορά στις εκτιμήσεις οφείλεται σε ένα φυσικό φαινόμενο που ονομάζεται Sunyaev–Zel’dovich. Σύμφωνα με αυτό, το Πλανκ συλλέγει φωτόνια που στην πορεία έχουν περάσει από γαλαξιακά σμήνη.

Όταν τα φωτόνια αυτά συγκρούονται με άλλα ενεργά σωματίδια, αποκτούν μεγαλύτερες ενέργειες. Η ισχύς του σήματος, συσχετίζεται με τη μάζα των γαλαξιών που περιέχονται στο σμήνος, με έναν τρόπο όμως που εισάγει μεγάλη αβεβαιότητα στις μετρήσεις, αλλά μπορεί να εξηγήσει τη διαφορά στις εκτιμήσεις του Πλανκ με την πραγματικότητα.

Επιστήμονες από το πείραμα Πλανκ ανακοίνωσαν πως αργότερα φέτος θα δοθεί στη δημοσιότητα μια βαθμονομημένη ανάλυση των μετρήσεων, που αναμένεται να αντιστοιχεί σε μία επαυξημένη πρόβλεψη για τη μάζα των Γαλαξιών.