ΑρχικήΕπικοινωνίαΠρόσβασηΣυχνές ΕρωτήσειςΠεριεχόμενα
Επιλογές για ΑΜΕΑ:Enlarge fontsReduce fonts
ΤΟ ΙΔΡΥΜΑ
ΥΠΟΤΡΟΦΙΕΣ
ΕΚΔΟΤΙΚΟ ΤΜΗΜΑ
ΒΙΒΛΙΟΘΗΚΗ
ΠΛΑΝΗΤΑΡΙΟ
ΔΙΑΔΡΑΣΤΙΚΗ ΕΚΘΕΣΗ Ε&Τ
ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΣΥΝΕΔΡΙΩΝ
ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ
Σύνθετη αναζήτηση
  ΨΗΦΙΑΚΕΣ ΣΥΛΛΟΓΕΣ
ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΙΔΡΥΜΑΤΟΣ
ΨΗΦΙΑΚΗ ΒΙΒΛΙΟΘΗΚΗ
ΑΣΤΡΟΠΥΛΗ
ΨΗΦΙΑΚΟΣ ΚΟΣΜΟΣ
Valid HTML 4.01 Transitional
ΝέαΗμερολόγιοΠρόγραμμα ΠροβολώνΕνημερωτικό ΔελτίοΔ. Τύπου
 
ΙΔΡΥΜΑ ΕΥΓΕΝΙΔΟΥΝΕΑ - ΕΙΔΗΣΕΙΣ
PrintEmailBack

Δομές Μεγάλης Κλίμακας και Σκοτεινή Ύλη

Αλέξης Δεληβοριάς

Δύο από τα πιο συναρπαστικά και ενεργά πεδία έρευνας στην Κοσμολογία σήμερα σχετίζονται με τον σχηματισμό και την εξέλιξη των δομών μεγάλης κλίμακας, καθώς και με την ταυτοποίηση των σωματιδίων που απαρτίζουν την σκοτεινή ύλη. Αυτό, μάλιστα που είναι εξαιρετικά ενδιαφέρον και θα προσπαθήσουμε να αναδείξουμε σε αυτό το άρθρο είναι  ότι η σκοτεινή ύλη και οι δομές μεγάλης κλίμακας είναι άρρηκτα συνδεδεμένες η μία με την άλλη.

Οι γαλαξίες σπανίως εμφανίζονται απομονωμένοι στην απεραντοσύνη του Διαστήματος. Αντιθέτως, κάτω από την αλληλεπίδραση της βαρύτητας, σχηματίζουν ομάδες και σμήνη, τα οποία περιλαμβάνουν από μερικές δεκάδες μέχρι και μερικές χιλιάδες γαλαξίες. Οι ομάδες και τα σμήνη, στην συνέχεια, συγκροτούν τα γαλαξιακά υπερσμήνη. Για παράδειγμα, ο Γαλαξίας μας, καθώς και οι γαλαξίες της Ανδρομέδας και του Τριγώνου, είναι οι τρεις μεγαλύτεροι γαλαξίες μιας μικρής ομάδας 50 περίπου γαλαξιών, οι οποίοι κάτω από την αμοιβαία τους βαρύτητα συγκροτούν την επονομαζόμενη Τοπική Ομάδα. Πολύ μεγαλύτερο είναι το Σμήνος της Παρθένου, περίπου 54 εκατ. έτη φωτός μακριά, το οποίο ίσως να περιλαμβάνει ακόμη και 2000 γαλαξίες. Το σμήνος αυτό βρίσκεται στον πυρήνα μιας πολύ μεγαλύτερης δομής, που ονομάζεται Τοπικό Υπερσμήνος και αποτελείται από τουλάχιστον 100 ομάδες και σμήνη γαλαξιών.

Με την βοήθεια των τηλεσκοπίων μας, έχουμε ανακαλύψει πολλά ακόμη υπερσμήνη, όπως για παράδειγμα τα υπερσμήνη Shapley, της Μεγάλης Άρκτου, του Περσέα-Ιχθύων, της Κόμης κ.ά.. Εκτός αυτών, όμως, οι αστρονόμοι έχουν ανακαλύψει πιο εκτεταμένες δομές στο Σύμπαν, όπως το Μεγάλο Τείχος, οι οποίες συγκροτούνται από σχετικά λεπτές «νηματοειδείς» κατανομές γαλαξιών, γαλαξιακών σμηνών και υπερσμηνών. Κατά κανόνα, οι δομές αυτές έχουν μήκος και πλάτος που φτάνει τα αρκετές εκατοντάδες εκατ. έτη φωτός, αλλά πάχος που δεν υπερβαίνει τα 10-20 εκατ. έτη φωτός. Σε αντίθεση, όμως, με αυτές τις τεράστιες συσσωρεύσεις ύλης που προαναφέραμε, οι αστρονόμοι έχουν ανακαλύψει και τεράστιες περιοχές του Διαστήματος, οι οποίες εμπεριέχουν ελάχιστους γαλαξίες.

Με τον όρο δομές μεγάλης κλίμακας, επομένως, εννοούμε το πώς ακριβώς κατανέμονται στον χώρο οι γαλαξίες, τα γαλαξιακά σμήνη κ.ο.κ., σε κοσμολογικές κλίμακες. Πραγματικά, τόσο η χαρτογράφηση του Διαστήματος με την βοήθεια τηλεσκοπίων, όσο και οι αριθμητικές προσομοιώσεις σε υπερυπολογιστές , καταδεικνύουν ότι σ’ αυτές τις κλίμακες οι κοσμικές δομές σχηματίζουν ένα συγκεκριμένο «μοτίβο». Οι δομές μεγάλης κλίμακας, δηλαδή, σχηματίζουν ένα αχανές σύμπλεγμα από τεράστιες «φυσαλίδες», που περιέχουν ελάχιστους γαλαξίες, στην επιφάνεια των οποίων εκτείνεται ένα εξίσου αχανές «δίκτυο» νηματοειδών δομών από γαλαξίες και γαλαξιακά σμήνη. Οι νηματοειδείς αυτές δομές, τέλος, «συνδέουν» μεταξύ τους τα γαλαξιακά υπερσμήνη, που εμφανίζονται διάσπαρτα ως «κόμβοι» συσσωρευμένης μάζας.

Η σκοτεινή ύλη, από την άλλη (στην οποία αναφερθήκαμε εκτενέστερα σε προηγούμενο άρθρο) είναι μία άγνωστη μορφή ύλης που υπάρχει παντού, αλλά είναι αόρατη διότι δεν αλληλεπιδρά με την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και κατά συνέπεια δεν μπορεί να ανιχνευθεί με την βοήθεια τηλεσκοπίων. Όλες οι έρευνες που έχουν διεξαχθεί έως τώρα, καταδεικνύουν ότι η σκοτεινή ύλη απαρτίζεται κυρίως από σωματίδια, τα οποία είναι εντελώς διαφορετικά από τα στοιχειώδη σωματίδια που συνθέτουν την ορατή (βαρυονική, όπως ονομάζεται) ύλη. Πραγματικά, οι περισσότεροι επιστήμονες συμφωνούν ότι η σκοτεινή ύλη απαρτίζεται από παράξενα στοιχειώδη σωματίδια που, αν και προβλέπεται θεωρητικά ότι σχηματίστηκαν στις πρώτες απειροστές στιγμές της κοσμικής ιστορίας, η ύπαρξή τους δεν έχει ακόμη επιβεβαιωθεί πειραματικά. Θα πρέπει να αναφερθεί, ωστόσο, ότι οι αποδείξεις που έχουμε συλλέξει για την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης είναι έμμεσες. Εξάγουμε, δηλαδή, το συμπέρασμα ότι η σκοτεινή ύλη υπάρχει, παρατηρώντας το πώς επηρεάζει με την βαρύτητά της την ορατή ύλη. Οι αποδείξεις, αυτές, όμως, είναι τόσες πολλές και πειστικές και προέρχονται από τόσες διαφορετικές κατευθύνσεις, που οι περισσότεροι επιστήμονες θεωρούν την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης αναμφισβήτητη.

Όπως τονίσαμε και στην αρχή, η κατανόηση των φυσικών διεργασιών, μέσα από τις οποίες «αναδύθηκαν» οι δομές μεγάλης κλίμακας είναι ένα από τα πιο ενεργά πεδία έρευνας στην σύγχρονη Κοσμολογία και αρκετά ερωτήματα που σχετίζονται με την προέλευση, αλλά και την εξέλιξή τους στην διάρκεια του κοσμικού χρόνου, εξακολουθούν να παραμένουν αναπάντητα. Κι’ όμως, οι τεράστιες αυτές δομές, που ξεκίνησαν ως μικρές διακυμάνσεις στην πυκνότητα της ύλης του αρχέγονου Σύμπαντος, μας προσφέρουν ένα από τα ισχυρότερα ερείσματα για την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης, διότι χωρίς την σκοτεινή ύλη είναι πολύ δύσκολο να εξηγήσουμε πώς εντέλει σχηματίστηκαν.

Οι δομές μεγάλης κλίμακας οφείλουν την ύπαρξή τους στο γεγονός ότι η ύλη δεν κατανεμόταν ομοιόμορφα στο αρχέγονο Σύμπαν, αλλά εμφάνιζε μικροσκοπικές διακυμάνσεις στην πυκνότητά της. Οι διακυμάνσεις αυτές αποτέλεσαν  τις κοσμικές «φύτρες», απ’ τις οποίες «αναδύθηκαν» οι πρωταρχικές δομές. Καθώς, δηλαδή, το Σύμπαν συνέχισε να διαστέλλεται, οι διακυμάνσεις αυτές αυξήθηκαν σταδιακά με την επίδραση της βαρύτητας, δημιουργώντας περιοχές με ακόμη μεγαλύτερη πυκνότητα, οι οποίες εντέλει «κατέρρευσαν» βαρυτικά, σχηματίζοντας τα πρώτα άστρα και τους πρώτους μικρούς γαλαξίες. Εκεί, τέλος, όπου η βαρυτική έλξη υπερίσχυε της κοσμικής διαστολής, οι γαλαξίες συγχωνεύονταν σε όλο και μεγαλύτερους και σχημάτιζαν γαλαξιακά σμήνη.

Γιατί, όμως, οι επιστήμονες θεωρούν τόσο «απαραίτητη» την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης στον σχηματισμό αυτών των δομών; Υπό κανονικές συνθήκες, εάν στο αρχέγονο Σύμπαν είχαν σχηματιστεί κάποιες περιοχές με ελάχιστα μεγαλύτερη πυκνότητα από τις γειτονικές τους, θα προσέλκυαν με την ελάχιστα μεγαλύτερη βαρυτική τους έλξη όλο και περισσότερη ύλη από τις γειτονικές τους περιοχές, που σημαίνει ότι ο σχηματισμός όλο και μεγαλύτερων δομών βαρυονικής ύλης θα έπρεπε να αρχίσει άμεσα. Ωστόσο, οι συνθήκες κάθε άλλο παρά κανονικές ήταν στο αρχέγονο Σύμπαν! Εξαιτίας των τεράστιων θερμοκρασιών και πυκνοτήτων που επικρατούσαν στα αρχικά στάδια της συμπαντικής εξέλιξης, τα σωματίδια της βαρυονικής ύλης συγκρούονταν διαρκώς μεταξύ τους, αλλά και με τα φωτόνια της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, εμποδίζοντας τα τελευταία να διασχίσουν ελεύθερα το Διάστημα, δηλαδή η ύλη ήταν συζευγμένη με τα φωτόνια. Επειδή, όμως, η ακτινοβολία των φωτονίων ασκεί ένα είδος πίεσης, που αντιστέκεται στην βαρυτική κατάρρευση αυτών των περιοχών, οι αρχικές διακυμάνσεις στην κατανομή της βαρυονικής ύλης δεν μπορούσαν να διευρυνθούν περεταίρω και να σχηματίσουν μεγαλύτερες δομές, για όσο χρονικό διάστημα η ύλη παρέμενε συζευγμένη με τα φωτόνια.

Η σκοτεινή ύλη, αντιθέτως, που όπως έχουμε πει δεν αλληλεπιδρά με τα φωτόνια, δεν αντιμετώπισε αυτό το πρόβλημα και άρχισε να διευρύνει τις πρωταρχικές διακυμάνσεις στην πυκνότητά της, πολύ πριν αποδεσμευθεί η ακτινοβολία από την ύλη. Στις ακραίες, δηλαδή, θερμοκρασίες εκείνης της αρχέγονης εποχής, επειδή η πίεση της ακτινοβολίας υπερίσχυε της βαρύτητας, η «κλασική» βαρυονική ύλη αδυνατούσε να καταρρεύσει σε μεγαλύτερες συγκεντρώσεις. Η σκοτεινή ύλη, αντιθέτως, που δεν αλληλεπιδρά με την ακτινοβολία, κατέρρευσε βαρυτικά, σχηματίζοντας τις πρωταρχικές συσσωματώσεις ύλης, έναν αόρατο «ιστό αράχνης»,
που παγίδευσε με την βαρυτική του έλξη την ορατή ύλη, απ’ την οποία σχηματίστηκαν τα πρώτα άστρα και οι πρώτοι μικροί γαλαξίες, όπως περίπου περιγράψαμε νωρίτερα.

Με άλλα λόγια, χωρίς την σκοτεινή ύλη, ο σχηματισμός των δομών στο Σύμπαν θα είχε καθυστερήσει αρκετά και το Σύμπαν θα ήταν διαφορετικό απ’ αυτό που παρατηρούμε.

 

ΙΔΡΥΜΑ ΕΥΓΕΝΙΔΟΥ © 2007Λ. Συγγρού 387 - 175 64 Π.ΦΑΛΗΡΟ - Τηλ: 210 9469600 - Fax:210 9417372 - Email: info@eef.edu.grΌροι ΧρήσηςΔικαιώματα