Universul pare să fie conectat prin structuri gigantice.

Oamenii de știință au observat că galaxiile îndepărtate se mișcă sincron într-un mod care nu poate fi explicat de modelele cosmologice actuale. Această descoperire ar putea schimba tot ceea ce știm despre Univers.

Calea Lactee, galaxia în care trăim, este doar una dintre sutele de miliarde de galaxii răspândite prin Univers. După formă, varietatea galaxiilor este uimitoare: spirale, lenticulare, eliptice sau neregulate.

În pofida diferențelor de formă și a distanțelor dintre ele, oamenii de știință au observat că unele galaxii se mișcă împreună în modele ciudate și adesea inexplicabile, ca și cum ar face parte dintr-o imensă structură intergalactică nevăzută.

Galaxii aflate la câteva milioane de ani-lumină distanţă una de cealaltă se influenţează reciproc gravitațional într-un mod previzibil, dar oamenii de știință au observat şi unele modele misterioase între galaxii îndepărtate care nu pot fi explicate prin interacțiuni locale.

Aceste descoperiri sugerează influența enigmatică a unor așa-numite “structuri la scară mare” care, după cum sugerează și numele, sunt cele mai mari obiecte cunoscute din Univers. Aceste structuri cosmice, dificil de observat, sunt formate din hidrogen și materie întunecată și au forma unor filamente care leagă galaxiile într-o rețea vastă denumită reţea cosmică.

Sincronizarea galaxiilor

Credit: ESO/Illustris Collaboration

Se ştie că aceste structuri au o influenţă majoră asupra evoluției și mișcării galaxiilor, dar dinamica galaxiilor este departe de a fi înţeleasă. Din acest motiv oamenii de știință vor să obţină mai multe informaţii despre aceste fenomene, deoarece ele contrazic unele dintre conceptele actuale despre Univers.

„Acesta este motivul pentru care studiem aceste structuri la scară mare. Este un mod de a cerceta și înţelege legile gravitației, natura materiei, energiei întunecate, materiei întunecate și a Universului”, a declarat Noam Libeskind, cosmolog din cadrul Leibniz-Institut for Astrophysics (AIP) din Germania.

De ce galaxiile îndepărtate se mișcă la unison?

Galaxiile tind să formeze grupuri legate gravitațional, care aparțin unor superclustere galactice. De exemplu, Calea Lactee face parte din Grupul Local, care conţine câteva zeci de galaxii. Grupul Local se află în interiorul superclusterului galactic Virgo, care conține peste 1.000 de galaxii.

La aceste scări “locale”, galaxiile se influenţează reciproc gravitaţional, dar unele galaxii prezintă legături dinamice pe distanțe mult prea mari pentru a fi explicate de câmpurile lor gravitaționale individuale.

De exemplu, conform unui studiu publicat în The Astrophysical Journal, astronomii au descoperit că sute de galaxii se rotesc sincron deşi se află la o distanţă de zeci de milioane de ani-lumină.

„Această descoperire este relativ recentă şi neașteptată. Nu ştiu de vreo observaţie astronomică sau de o predicție rezultată în urma unor simulări numerice în legătură cu acest fenomen”, afirmă Joon Hyeop Lee, autorul principal al studiului, astronom în cadrul Korea Astronomy and Space Science Institute.

Lee și colegii săi au studiat 445 de galaxii aflate la o distanţă de până la 400 de milioane de ani-lumină de Pământ și au observat că multe dintre galaxiile care se roteau în direcția către Pământ se învecinau cu alte galaxii care se roteau tot în direcţia spre Pământ, în timp ce alte galaxii care se roteau într-o direcție opusă se învecinau cu galaxii care se roteau în acelaşi mod.

„Această sincronizare între galaxii trebuie să fie consecinţa existenţei unor structuri cosmice pe scară mare, deoarece este imposibil ca galaxii separate de aproximativ 20 de milioane de ani-lumină distanţă să interacționeze direct între ele”, a declarat Lee.

Lee și colegii săi sugerează că galaxiile sincronizate fac pare dintr-o structură cosmică pe scară mare care se rotește foarte lent în sens invers acelor de ceasornic. Dinamica acestei structuri ar putea provoca rotația sincronizată a galaxiilor, deși cercetătorii avertizează că sunt necesare mult mai multe observații pentru a confirma concluziile lor.

Oamenii de știință au observat sincronizări neobişnuite între galaxii aflate la distanțe chiar mai mari decât cele care au făcut obiectul studiului de față. În anul 2014, o echipă a astronomi a observat alinieri curioase ale unor găuri negre supermasive din centrul unor quasari, nuclee galactice active care emit cantităţi enorme de energie, care se întind pe miliarde de ani-lumină.

Conduși de Damien Hutsemékers, astronom în cadrul University of Liège, Belgia, cercetătorii au observat această sincronizare urmărind Universul atunci când acesta avea o vârstă de doar câteva miliarde de ani cu ajutorul telescopului Very Large Telescope (VLT) din Chile.

Studiind polarizarea radiaţiei electromagnetice de la aproximativ 100 de quasari, cercetătorii au dedus geometria și alinierea găurilor negre din centrul quasarilor. Rezultatele au arătat că axele de rotație ale celor 19 quasari din acest grup au fost paralele, în ciuda faptului că distanţa dintre quasari a fost de câteva miliarde de ani-lumină.

Descoperirea, care a fost publicată în revista Astronomy & Astrophysics, este un indicator că structurile la scară mare au influențat dinamica galaxiilor pe distanțe vaste din Universul timpuriu.

„Ştim că axele de rotaţie ale galaxiilor se aliniază cu structuri la scară mare, cum ar fi filamentele cosmice, dar acest lucru se produce la scări mai mici. Cu toate acestea, nu există în prezent nicio explicație de ce axele quasarilor sunt aliniate cu axa grupului mare din care fac parte”, afirmă Hutsemékers.

Înţelegerea sincronizării galaxiilor ar putea schimba cosmologia.

Secretul acestor galaxii sincronizate poate pune sub semnul întrebării principiul cosmologic, una dintre ipotezele de bază despre Univers. Acest principiu afirmă că Universul este, practic, uniform și omogen la scări extrem de mari.

„Existența unor corelații în axele quasarilor la o scară extremă ar putea reprezenta o provocare serioasă pentru principiul cosmologic”, după cum remarcă Hutsemékers și colegii săi în studiul lor.

Cu toate acestea, Hutsemékers a avertizat că trebuie identificate mai multe structuri cosmice de acest tip pentru a demonstra că principiul cosmologic trebuie revizuit.

Deocamdată, dinamica acestor quasari nu este bine înțeleasă, deoarece există puține tehnici de observație

„În ceea ce privește alinierile pe scară mare, așteptăm mai multe date. Astfel de studii sunt statistice, iar un pas înainte necesită o mare cantitate de date privind polarizarea radiaţiei electromagnetice, date care nu sunt ușor de obţinut cu instrumentele actuale”, a declarat Hutsemékers.

Viitoarele radiotelescoape, cum ar fi Square Kilometer Array, ar putea fi în măsură să sondeze mai detaliat aceste alinieri misterioase.

Aliniamentele quasarilor nu sunt singurele provocări la adresa modelelor cosmologice actuale ale Universului.

Una dintre cele mai controversate dezbateri din cosmologia actuală se referă la modul neașteptat în care galaxiile pitice par să se alinieze perfect în jurul galaxiilor gazdă mai mari, cum este Calea Lactee.

Aceste galaxii satelit sunt în prezent o provocare pentru aşa-numitul model ΛCDM, care este o cronologie teoretică a Universului de la momentul Big Bang. Simulările Universului în cadrul modelul ΛCDM prezic că galaxiile satelit mici vor avea orbite aleatoare în jurul galaxiilor gazdă mai mari.

Cu toate acestea, noile observații au relevat că o mare parte a galaxiilor satelit din jurul Căii Lactee sunt aliniate într-un plan orbital. La început oamenii de știință s-au întrebat dacă acest lucru nu reprezintă doar o caracteristică proprie galaxiei noastre, dar acelaşi lucru a fost observat şi în cazul galaxiei Andromeda.

Mai mult, în anul 2015 astronomii au publicat observații ale aceluiaşi fenomen şi în cazul galaxiei Centaurul A, o galaxie eliptică aflată la aproximativ 10 milioane de ani-lumină distanță de Calea Lactee.

Această descoperire „sugerează că ceva nu este în regulă cu simulările cosmologice standard”, potrivit unui studiu din anul 2018 condus de Oliver Müller, astronom în cadrul University of Strasbourg din Franța.

„Momentan, am observat acest lucru în cazul celor mai apropiate 3 galaxii de noi. Desigur, numărul acestora este mic şi deocamdată nu putem vorbi de un studiu statistic. Dar se pare că de fiecare dată când avem date bune găsim această caracteristică, care ar putea fi universală”, a declarat Müller.

Într-un studiu din anul 2015, Libeskind și colegii săi au sugerat că filamentele din rețeaua cosmică ar putea ghida aceste galaxii organizate, un proces care ar putea fi conform cu modelul ΛCDM. Totuși, în cele din urmă, nu există încă un răspuns concludent la această dilemă.

Viitoarele cercetări

Această incertitudine ştiinţifică i-a motivat pe astronomi, precum Pawlowski din cadrul American Institute of Physics (AIP), să considere această problemă o prioritate în cercetările lor.

Pawlowski așteaptă cu nerăbdare datele ce vor fi furnizate de următoarea generație de observatoare astronomice uriaşe, care ar putea arăta dacă şi alte galaxii mari prezintă modele organizate de galaxii satelit.

„Ceea ce trebuie să facem acum este să extindem căutările către alte sisteme satelit mai îndepărtate și să le măsurăm viteza.

Acest domeniu de cercetare a avansat cu adevărat ca urmare a acestei dezbateri din literatura de specialitate şi este îmbucurător să vedem cum dovezile observaționale au devenit din ce în ce mai solide”, a adăugat Pawlowski

Fie că este vorba de mișcările ciudate ale galaxiilor pitice din vecinătatea noastră galactică sau de alinierea stranie a galaxiilor de-a lungul a milioane sau miliarde de ani-lumină, este clar că mișcările galaxiilor sunt un indiciu esențial pentru înţelegerea structurilor pe scară mare ale Universului.

Galaxiile pe care le vedem surprinse în poziții statice în fotografii sunt, de fapt, ghidate de multe forțe complexe pe care nu le înțelegem pe deplin, inclusiv de pânza cosmică care stă la baza Universului.

Traducere şi adaptare după There’s Growing Evidence That the Universe is Connected by Giant Structures