nauka

Sve je više dokaza da je univerzum povezan džinovskim strukturama

Naučnici otkrivaju da galaksije mogu zajedno da prevaljuju ogromna rastojanja, u suprotnosti sa osnovnim kosmološkim modelima. Razlog zašto je to tako mogao bi da promeni sve što smo mislili da znamo o univerzumu.

pisao Becky Ferreira
15 Novembar 2019, 10:05am

Image: Andriy Onufriyenko/Getty Images

Mlečni put, galaksija u kojoj živimo, jedna je od stotina milijardi galaksija rasutih širom univerzuma. Njihova raznovrsnost je zapanjujuća: ima ih spiralnih, galaksija u obliku prstena, u obliku petlje, kao i drevnih galaksija koje zasenjuju bukvalno sve ostalo u univerzumu.

Ali uprkos njihovim razlikama, i nepojmiljivim rastojanjima između njih, naučnici su uočili da se neke galaksije kreću zajedno, po čudnim i često neobjašnjivim obrascima, kao da su povezane nekom velikom nevidljivom silom.

Galaksije čija je međusobna udaljenost u okviru nekoliko miliona svetlosnih godina mogu gravitacijski da utiču jedne na druge na predvidljive načine, ali naučnici su uočili misteriozne obrasce između udaljenih galaksija koji prevazilaze takve lokalne interakcije.

Ova otkrića ukazuju na tajanstveni uticaj takozvanih „masivnih struktura“ koje su, kao što i sam njihov naziv sugeriše, najveći poznati objekti u univerzumu. Ove mračne strukture sazdane su od gasa hidrogena i tamne materije, i ima ih u obliku niti, pljosnatih ploča i čvorova koji povezuju galaksije u ogromnu mrežu koja se naziva kosmička mreža. Znamo da ove strukture vrše presudan uticaj na rotacije i kretanje galaksija, ali jedva da smo zagrebali površinu osnovne dinamike koja ih pokreće.

Naučnici su nestrpljivi da pribave ove nove detalje, zato što neki od ovih fenomena dovode u pitanje najosnovnije ideje o univerzumu.

„To je zapravo razlog zašto svi uvek proučavaju te ogromne strukture“, preko telefona kaže Noam Libeskind, kosmograf Instituta za astrofiziku (AIP) u Lajbnicu, u Nemačkoj. „To je način da se ispitaju i savladaju zakoni o gravitaciji i prirodi materije, tamne materije, tamne energije i univerzuma“.

Zašto se udaljene galaksije kreću u skladu?

Galaksije su sklone tome da formiraju gravitacijski povezane klastere koji pripadaju još većim super-klasterima. Na primer, Zemljina kosmička adresa bi morala da sadrži i napomenu da je Mlečni put deo Lokalne grupe, skupa nekoliko desetina galaksija. Lokalna grupa se nalazi unutar galaktičkog klastera Devica, koji sadrži više od 1000 galaksija.

U ovim „lokalnim“ razmerama, galaksije često međusobno utiču na rotaciju, oblik i brzinu. Ponekad neka galaksija čak i proguta neku drugu, što je pojava koja se naziva galaktički kanibalizam. Ali neke galaksije pokazuju dinamičku povezanost na udaljenosti koja je prevelika da bi to moglo da bude objašnjeno njihovim gravitacionim poljem.

Na primer, u studiji objavljenoj u Časopisu za astrofiziku u oktobru se otkriva da stotine galaksija rotiraju sinhronizovano sa galaksijama udaljenim na desetine miliona svetlosnih godina.
„Ovo otkriće je prilično novo i neočekivano“, u mejlu kaže glavni autor Jun Hijop Li, astronom sa korejskog Instituta za astronomiju i kosmičke nauke. „Nikada ranije nisam video izveštaj o takvim opservacijama, kao ni o bilo kakvim pretpostavkama proizašlim iz numeričkih simulacija, koje su direktno vezane za ovaj fenomen“.

Li i njegove kolege su proučavali 445 galaksija u radijusu od 400 miliona svetlosnih godina od Zemlje, i primetili da mnoge od njih koje rotiraju u pravcu ka Zemlji imaju komšije koje rotiraju ka Zemlji, dok one koje rotiraju u suprotnom smeru imaju komšije koje se udaljavaju od zemlje.
„Uočeni sklad sigurno je u nekoj vezi sa velikim strukturama, zato što je nemoguće da su galaksije koje razdvaja šest megaparseka [otprilike 20 miliona svetlosnih godina] u direktnoj međusobnoj interakciji“, kaže Li.

Oni sugerišu da su sinhronizovane galaksije možda spojene sa istom strukturom velikih razmera, koja veoma polako rotira u smeru suprotnom od smera kazaljke na satu. Ta skrivena dinamika bi mogla da bude uzrok sklada između rotacija proučavanih galaksija i kretanja njihovih suseda, iako upozorava da će biti potrebno još mnogo istraživanja da bi otkrića i zaključci njegovog tima mogli da budu potvrđeni.

Iako je ova konkretna iteracija čudesno sinhronizovanih galaksija novost, naučnici su uočili čudan sklad između galaksija koje su nepojmljivo udaljene jedne od drugih. 2014. godine, jedan tim je uočio začuđujuće poravnanje supermasivnih crnih rupa u jezgrima kvazara, drevnih super-svetlih galaksija, koje se protezalo milijardama svetlosnih godina.

Predvođeni Demijanom Hutsemekersom, astronomom sa Univerziteta u Liježu u Belgiji, istraživači su bili u mogućnosti da uoče ovu sablasnu sinhronizovanost posmatrajući univerzum kada je bio star samo nekoliko milijardi godina, uz pomoć Veoma velikog teleskopa (VLT) u Čileu. Opservacijom je utvrđena polarizacija svetlosti skoro 100 kvazara, koji je tim onda mogao da iskoristi za rekonstrukciju geometrije i poravnanja crnih rupa i u njihovim jezgrima. Rezultati su pokazali da je osovina rotacije 19 kvazara iz ove grupe bila paralelna, uprkos činjenici da su bile udaljene nekoliko milijardi svetlosnih godina.

Ovo otkriće, koje je bilo objavljeno u časopisu Astronomija i astrofizika, indikator je da su strukture velikog opsega uticale na dinamiku galaksija na ogromnim udaljenostima, u ranoj fazi univerzuma.
„Poznato je da se ose rotacije galaksija poravne sa strukturama velikog opsega, kao što su kosmička vlakna, ali to se događa u manjim razmerama“, kaže u mejlu Hutesmekers, primećujući da teoretske studije nude neka probna objašnjenja ovog procesa.

„Međutim, trenutno nema objašnjenja zašto se ose kvazara poravnavaju sa osama velikih grupa sa kojima su povezane“, primećuje on.

Istina o sinhronizaciji galaksija bi mogla da promeni sve

Tajna ovih sinhronizovanih galaksija bi mogla da predstavlja pretnju za kosmološki princip, jednu od osnovnih pretpostavki o univerzumu. Ovaj princip kaže da je univerzum u suštini uniforman i homogen, u ekstremno velikim razmerama. Ali „postojanje korelacije kod osa kvazara u tako velikim razmerama bi moglo da predstavlja ozbiljnu anomaliju za kosmički princip“, kao što Hutsemekers i njegove kolege primećuju u studiji.

Međutim, Hutsemekers upozorava da bi moralo da bude primećeno i proučeno još ovih struktura, da bi se dokazalo da je ovo ozbiljaa rupa u kosmičkom principu. „Potrebne su i druge slične strukture, da bismo mogli da potvrdimo ozbiljnu anomaliju“, kaže on.

Za sada, dinamika koja stoji iza položaja ovih kvazara nije dovoljno shvaćena, zato što ne postoji dovoljno opservacionih tehnika kojima bi mogla detaljno da bude proučena. „Što se tiče poravnanja na velike udaljenosti, u suštini čekamo još podataka“, kaže Hutsemekers. „Ovakve studije su statističke, i za napredak je potrebna velika količina podataka o polarizaciji, koje nije lako prikupiti sadašnjom opremom“.

Budući radio teleskopi, sa kolektorom površine od jednog kvadratnog kilometra, možda će moći bolje da ispitaju ova misteriozna poravnanja.

„Jedna od sjajnih stvari vezanih za nauku je to što možeš da napraviš model od hiljada pojedinačnih podataka, ali ako jedna stvar ne valja, sve puca. Ako se ta jedna pukotina ne zakrpi, čitava konstrukcija pada.“

Poravnanja kvazara nisu jedine prepreke koje čudesno sinhronizovane galaksije predstavljaju za uvrežene modele univerzuma. Šta više, jedna od najžučnijih rasprava u kosmologiji ovih dana vrti se oko neočekivanog načina na koje su patuljaste galaksije u urednom poravnanju oko većih galaksija-domaćina kao što je Mlečni put.

Ove satelitske galaksije su trenutno trn u peti nečega što je poznato kao ΛCDM model, koji je teoretski vremenski tok univerzuma od Velikog praska. Simulacije univerzuma po ΛCDM modelu predviđaju da će male, satelitske galaksije završiti u roju nasumičnih orbita oko većih galaksija domaćina.

Ali tokom protekle decenije, nove opservacije su otkrile da je veliki deo satelitskih galaksija oko Mlečnog puta sinhronizovan u jednoj urednoj orbitalnoj putanji. Naučnici su se isprva pitali da li to jednostavno znači da se u našoj galaksiji dešava nešto uvrnuto, ali slične putanje satelita su uočene i oko Andromede.

Zvona za uzbunu zaista su počela da zvone 2015, kada su astronomi objavili opservacije tog istog fenomena i po treći put, oko Kentaura A, eliptične galaksije koja se nalazi na oko 10 miliona svetlosnih godina od Mlečnog puta.

Ovo otkriće „ukazuje na to da nešto nije u redu sa standardnim kosmičkim simulacijama“, prema studiji koja je usledila 2018. u časopisu Science, a koju je predvodio Oliver Miler, astronom sa Univerziteta u Strazburu u Francuskoj.

„Do ovog trenutka, to smo primetili kod tri najbliže galaksije“, kaže Miler preko telefona. „Naravno, uvek možemo da kažemo da ih je samo tri, pa to još nije statistički potvrđeno. Ali to takođe pokazuje i da to otkrivamo svaki put kada imamo dobre podatke, pa bi moglo da bude univerzalno“.

U studiji iz 2015, Libeskind i njegove kolege sugerišu da vlakna kosmičke mreže možda navode ove organizovane galaksije, što je proces koji nije u skladu sa ΛCDM modelom. Ali generalno, još ne postoji konačni zaključak po pitanju ove dileme.

„Jedna od sjajnih stvari vezanih za nauku je to što možeš da napraviš model od hiljada pojedinačnih podataka, ali ako jedna stvar ne valja, sve puca“, kaže Libeskind. „Ako se ta jedna pukotina ne zakrpi, čitava konstrukcija pada“.

Sledeća generacija istraživanja galaksija

Ova iritirajuća nesigurnost je motivisala astronome kao što je Marsel Pavlovski, naučni saradnik na AIP, i koautor studije Science-a iz 2018, da ovaj problem bude u fokusu njihovih istraživanja. Pavlovski jedva čeka rezultate nove generacije ogromnih opservatorija, koji bi mogli da pokažu da li su i druge velike galaksije okružene ili izotropnim, ili organizovanim obrascima satelitskih galaksija.
„Ono što sada moramo da učinimo je da proširimo istraživanje na udaljenije satelitske sisteme, i da otkrijemo satelitske galaksije, kao i da izmerimo njihovu brzinu“, kaže Pavlovski preko telefona.

„U ovom polju ima veoma mnogo napretka, zbog rasprave koja se vodi u literaturi“, dodaje Pavlovski. „Stvarno je dobro gledati kako opservacioni dokazi postaju sve čvršći i čvršći“.
Bilo da je u pitanju čudno kretanje patuljastih galaksija u našem galaktičkom komšiluku, ili sablasno poravnanje galaksija udaljenih na milione ili milijarde svetlosnih godina, jasno je da su pokreti galaksija osnovni ključ za shvatanje ukupne strukture univerzuma.

Galaksije koje viđamo uhvaćene u statičnim položajima zapravo vode mnoge složene sile koje još uvek ne razumemo u potpunosti, uključujući i kosmičku mrežu koja povezuje univerzum.

„Ono što mi se stvarno dopada kod svega ovoga je to što smo još uvek u pionirskoj fazi“, kaže Miler.

„To je stvarno uzbudljivo“.

Ovaj tekst je prvobitno objavljen na VICE US.

Tagged:
Svemir
Univerzum
Galaksija
Astrologija
Andromeda
mlečni put