Getting Cozy:Exploring Cluster of Galaxies

Κοιτάζοντας τον νυχτερινό ουρανό με γυμνό μάτι μας δείχνει χιλιάδες αστέρια και πλανήτες. Κάνοντας το ίδιο με ένα τηλεσκόπιο αυξάνεται ο αριθμός αυτός εκθετικά. Ωστόσο, για τον περιστασιακό παρατηρητή, είναι δύσκολο να βάλεις το διάστημα σε προοπτική γιατί είμαστε μόνο μια μικροσκοπική μπλε κουκκίδα σε έναν σπειροειδή βραχίονα του γαλαξία του Γαλαξία.

Το ταξίδι σε έναν άλλο πλανήτη του ηλιακού μας συστήματος διαρκεί εβδομάδες ή μήνες. Μόλις προχωρήσουμε πέρα ​​από την ηλιόσφαιρα, μπορεί να χρειαστούν χιλιάδες χρόνια για να φτάσουμε στον πλησιέστερο ουράνιο γείτονά μας, τον Άλφα Κενταύρου. Υπάρχει πολύς κενός χώρος στο μαύρο μέχρι να κοιτάξετε λίγο πιο κοντά και να δείτε τεράστιους γαλαξίες να βολεύονται —ουράνια μιλώντας— μεταξύ τους. Ας εξερευνήσουμε αυτά τα σμήνη γαλαξιών και ας δούμε τι θα μπορούσαν να μας διδάξουν για το σύμπαν όπως το ξέρουμε.

Τι είναι τα Σμήνη Γαλαξιών;

Ο χώρος είναι μεγάλος. Ο πλησιέστερος ουράνιος γείτονάς μας, ο Άλφα του Κενταύρου, απέχει 4,4 έτη φωτός, που σημαίνει ότι το φως από αυτό το αστέρι χρειάζεται 4,4 χρόνια για να φτάσει στη Γη. Δυστυχώς, τα ανθρώπινα διαστημόπλοια ταξιδεύουν πολύ πιο αργά από την ταχύτητα του φωτός. Χρησιμοποιώντας την τρέχουσα τεχνολογία, ένας ανιχνευτής που θα σταλεί στο σύστημα Άλφα του Κενταύρου θα χρειαζόταν 18.000 χρόνια για να φτάσει στο αστρικό σύστημα. Ακόμη και στο 10% της ταχύτητας του φωτός, το ταξίδι θα διαρκούσε ακόμα 44 χρόνια. Και μόνο εμείς προσπαθούμε να φτάσουμε σε ένα άλλο αστέρι εδώ στον Γαλαξία μας.

Είμαστε εκατοντάδες έτη φωτός από τον πλησιέστερο γαλαξία. Μόλις βγείτε από το Milky Way, τα πράγματα γεμίζουν λίγο περισσότερο. Τα σμήνη γαλαξιών μπορεί να περιλαμβάνουν εκατοντάδες ή χιλιάδες γαλαξίες όλων των τύπων, που συγκρατούνται όλοι μαζί από τους βαρυτικούς δεσμούς τους. Οι αστρονόμοι αναφέρονται γενικά σε μικρότερες συλλογές γαλαξιών ως ομάδες γαλαξιών αντί για σμήνη. Αυτές οι μικρότερες ομάδες μπορούν να ενωθούν για να σχηματίσουν συστάδες ή ακόμα και υπερσυστάδες.

Ο γαλαξίας μας Milky Way είναι μέρος της ομάδας γαλαξιών Local Group, όπου βρίσκονται άλλοι 54 γαλαξίες. Αυτή η ομάδα είναι μέρος του υπερσμήνου Virgo, το οποίο είναι μέρος του υπερσμήνου Laniakea. Ο τελευταίος φιλοξενεί περισσότερους από 100.000 γαλαξίες, συμπεριλαμβανομένου του δικού μας. Στο γνωστό και παρατηρήσιμο σύμπαν, οι αστρονόμοι υπολογίζουν περίπου 10 εκατομμύρια γαλαξιακά υπερσμήνη.

Εξερεύνηση βαρυτικού φακού

Οι ισχυροί βαρυτικοί δεσμοί συγκρατούν αυτές τις ομάδες γαλαξιών μαζί. Εκτός από το ότι διατηρούν ανέπαφα τα σμήνη, αυτοί οι ισχυροί βαρυτικοί δεσμοί προκαλούν ένα άλλο ουράνιο φαινόμενο:τον βαρυτικό φακό. Ο βαρυτικός φακός συμβαίνει όταν ένα τεράστιο αστρικό σώμα δημιουργεί αρκετή βαρύτητα για να προκαλέσει την καμπύλη του χωροχρόνου γύρω του. Αυτή η καμπύλη λυγίζει τα πάντα γύρω της, συμπεριλαμβανομένου του φωτός.

Ο βαρυτικός φακός είναι σχετικά σπάνιος, αλλά οι νέες εικόνες του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb παρουσιάζουν τα φαινόμενα. Η τεράστια εικόνα σε βαθύ πεδίο δείχνει γαλαξίες και αστέρια που φαίνονται να είναι παραμορφωμένα. Αυτή η εικόνα είναι ένα παράδειγμα βαρυτικού φακού.

Πλάσμα χαμηλής πυκνότητας, υψηλής θερμοκρασίας

Όταν πρόκειται για σμήνη γαλαξιών, δεν είναι μόνο οι ίδιοι οι γαλαξίες που είναι συναρπαστικοί για τους αστρονόμους - είναι ο χώρος μεταξύ τους. Αυτό το πλάσμα χαμηλής πυκνότητας μπορεί να φτάσει εκατοντάδες εκατομμύρια βαθμούς, με αποτέλεσμα να λάμπουν υπέροχα στο φάσμα των ακτίνων Χ. Το μεγαλύτερο μέρος της ύλης στα σμήνη γαλαξιών αποτελείται από αυτό το πλάσμα, το οποίο διέρχεται από τυρβώδη και συνεχώς μεταβαλλόμενα μαγνητικά πεδία.

Αυτό το πλάσμα υψηλής θερμοκρασίας θα μπορούσε να κρατήσει όλα τα στοιχεία που είναι απαραίτητα για να σχηματιστούν νέα αστέρια ή πλανήτες στα κενά διαστήματα μεταξύ αυτών των γαλαξιών.

Σχόλια για τη μαύρη τρύπα

Θεωρούμε ότι οι μαύρες τρύπες είναι αυτές οι απύθμενες βαρυτικές κοιλότητες, αλλά πρόσφατες παρατηρήσεις δείχνουν ότι μπορούν και εκτοξεύουν τακτικά ενέργεια και άλλα σωματίδια. Οι αστρονόμοι έχουν επίσης παρατηρήσει έναν μοναδικό βρόχο ανάδρασης μεταξύ μιας μαύρης τρύπας και του φορτισμένου πλάσματος που γεμίζει το χώρο μεταξύ αυτών των γαλαξιών στο σμήνος. Το πρόβλημα με αυτούς τους πίδακες ενέργειας είναι ότι εάν αρχίσουν να φυσούν τρύπες ή να δημιουργούν φυσαλίδες στο πλάσμα μεταξύ των γαλαξιών, μπορεί να αρχίσει να παρεμβαίνει στη γέννηση νέων αστεριών ή πλανητών που χρησιμοποιούν αυτό το πλάσμα ως ένα είδος ουράνιου τόπου αναπαραγωγής.

Το φαινόμενο Sunyaev-Zel’dovich

Έχετε ποτέ κοιτάξει κάτω από έναν δρόμο μια ζεστή μέρα και έχετε δει την ψευδαίσθηση του νερού στην επιφάνεια της ασφάλτου; Αυτή η ψευδαίσθηση είναι παρόμοια με το φαινόμενο Sunyaev-Zel’dovich. Αυτό το φαινόμενο αλλάζει την παρατηρούμενη ή φαινομενική φωτεινότητα της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου μέσα σε σμήνη γαλαξιών, ειδικά κοντά στο καυτό πλάσμα μέσα σε αυτά τα σμήνη. Η ακτινοβολία του φόντου μπορεί να μην είναι πιο φωτεινή, αλλά οι αστρονόμοι μπορούν να χρησιμοποιήσουν δεδομένα φαινομένου Sunyaev-Zel'dovich σε συνδυασμό με σαρώσεις ακτινοβολίας ακτίνων Χ για να ζωγραφίσουν μια σαφέστερη εικόνα των δομών μέσα σε ένα σμήνος γαλαξιών.

Σμήνη γαλαξιών σε υψηλή ευκρίνεια

Αν και αυτό μπορεί να μην έχει αρκετούς γαλαξίες για να θεωρηθεί τεχνικά σμήνος, οι αστρονόμοι κυκλοφόρησαν τις πρώτες εικόνες JWST. Περιλάμβαναν φωτογραφίες υψηλής ανάλυσης μιας ομάδας γαλαξιών γνωστών ως Κουιντέτο του Stephen. Ένας Γάλλος αστρονόμος ονόματι Edouard Stephan ανακάλυψε το Κουιντέτο το 1877, αλλά το τηλεσκόπιο James Webb καθιστά ευκολότερο να δούμε τι υπάρχει εκεί έξω.

Πέντε γαλαξίες, που συγκρατούνται όλοι μαζί από τα αμοιβαία βαρυτικά τους πεδία, κρύβοντας κάθε λογής μυστικά. Δύο γαλαξίες — ο NGC 7318A και ο NGC-7318B — συγχωνεύονται αργά και μπορεί τελικά να γίνουν ένας μόνο γαλαξίας. Το JWST επιτρέπει στους αστρονόμους να παρακολουθούν τη συγχώνευση γαλαξιών για πρώτη φορά στην ανθρώπινη ιστορία.

Ο κορυφαίος γαλαξίας στο Κουιντέτο — NGC 7319 — κρύβει ένα άλλο μυστικό. Κρατάει έναν ενεργό γαλαξιακό πυρήνα στον πυρήνα του, μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα 24 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον ήλιο μας. Μπορούμε να εντοπίσουμε αυτή τη μαύρη τρύπα επειδή αυτή τη στιγμή τρώει τα πάντα γύρω της και βγάζει τόσο πολύ φως. Είναι περίπου ισοδύναμο με 40 δισεκατομμύρια Ήλιους. Το JWST επιτρέπει στους αστρονόμους να παρακολουθούν πώς μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα τροφοδοτείται από τον περιβάλλοντα γαλαξία της και μεγαλώνει.

Έξω έχει λίγο κόσμο

Η απόσταση μεταξύ των γαλαξιών μετριέται σε έτη φωτός, αλλά όταν μιλάμε για αυτές τις τεράστιες ουράνιες υπερδομές, μπορεί να φαίνεται σαν να έχει αρχίσει να συνωστίζεται λίγο εκεί έξω. Η κατηγοριοποίηση των σμηνών γαλαξιών διευκολύνει τους αστρονόμους να κατανοήσουν όλο αυτό το διάστημα εκεί έξω. Διαφορετικά, είναι πολύ εύκολο να χαθείς στο μαύρο. Οι αστρονόμοι που παρατηρούν το σύμπαν από τη Γη είναι ασφαλείς. Ωστόσο, μόλις γίνουμε το διαστρικό είδος που πάντα ονειρευόμασταν, ο κίνδυνος να κάνουμε λάθος στροφή στο Alpha Centauri και να χαθούμε απελπιστικά αυξάνεται.