Niewidzialna geometria naszego kosmicznego sąsiedztwa
Zespół badawczy z Uniwersytetu w Groningen dostarczył nowej, fascynującej interpretacji. Zaawansowane symulacje komputerowe sugerują, jakoby większość materii poza tzw. Grupą Lokalną układała się w spłaszczoną strukturę, przypominającą gigantyczny dysk. Powyżej i poniżej tej płaszczyzny rozciągają się natomiast ogromne pustki, kosmiczne próżnie pozbawione zarówno galaktyk, jak i tajemniczej ciemnej materii. Grupa Lokalna to nasza bezpośrednia kosmiczna okolica, obejmująca Drogę Mleczną, Galaktykę Andromedy oraz kilkadziesiąt mniejszych galaktyk satelitarnych. To właśnie na granicy tego grawitacyjnie zdominowanego obszaru zaczynały się sprzeczności.
Czytaj też: Wywrócili założenia na temat narodzin życia w kosmosie. Peptydy powstają zadziwiających okolicznościach
Prawie sto lat temu Edwin Hubble ustalił, że wszechświat się rozszerza, a większość galaktyk oddala się od nas. W skali lokalnej sprawa powinna wyglądać inaczej. Masywne obiekty, takie jak nasza galaktyka i Andromeda, przyciągają się nawzajem, czego dowodem jest ich nieuchronne przyszłe zderzenie. Problem w tym, że inne duże galaktyki w promieniu kilkudziesięciu milionów lat świetlnych nie podążają tym przykładem. Ich ruch względem naszej Grupy Lokalnej od dziesięcioleci był niezrozumiały. Masa naszej lokalnej grupy powinna być wystarczająca, by te galaktyki stopniowo przyciągać. Tymczasem obserwacje jednoznacznie wskazywały na coś przeciwnego.
Wirtualne odtworzenie historii kosmosu
Przełom przyniosły skomplikowane symulacje numeryczne. Naukowcy zaczęli od warunków panujących w bardzo wczesnym wszechświecie, bazując na danych z mikrofalowego promieniowania tła, czyli swoistej “fotografii” niemowlęcego kosmosu. Następnie pozwolili modelowi ewoluować przez 13,8 miliarda lat, z niezwykłą precyzją odtwarzając obecne parametry Drogi Mlecznej, Andromedy oraz 31 pobliskich galaktyk. Efektem były wierne, cyfrowe kopie naszego regionu kosmosu.
Badamy wszystkie możliwe lokalne konfiguracje wczesnego wszechświata, które ostatecznie mogły doprowadzić do powstania Grupy Lokalnej. Wspaniale jest, że mamy teraz model, który jest zgodny z obecnym modelem kosmologicznym z jednej strony, a z dynamiką naszego lokalnego środowiska z drugiej – wyjaśnia Ewoud Wempe z Uniwersytetu w Groningen
Okazało się, że tylko jeden konkretny scenariusz prowadzi do powstania struktur, które widzimy dzisiaj. To scenariusz z materią – głównie tą ciemną – skupioną w płaskiej warstwie. W tej konfiguracji symulowane ruchy 31 galaktyk z otoczenia idealnie pokrywały się z rzeczywistymi obserwacjami.
Grawitacja w równowadze
Wyjaśnienie jest zaskakująco proste. Dla galaktyk znajdujących się wewnątrz tej płaszczyzny, przyciąganie ze strony Grupy Lokalnej jest równoważone przez przyciąganie pozostałej materii rozłożonej dalej w tym samym “dysku”. Siły się równoważą, więc galaktyki te nie są ani przyciągane, ani skutecznie odpychane. Ich ruch radialny względem nas jest minimalny. Z kolei z obszarów powyżej i poniżej płaszczyzny, które są ogromnymi pustkami, po prostu nie ma nic, co mogłoby się w naszym kierunku poruszać. To pierwsza tak bezpośrednia ocena rozkładu i dynamiki ciemnej materii wokół naszego galaktycznego domu.
Czytaj też: Wszechświat ma swój niewidzialny szkielet. Astronomowie właśnie go zidentyfikowali
Badanie, opublikowane na łamach Nature Astronomy, rzuca nowe światło na lokalną strukturę kosmosu. Chociaż odkrycie płaskiej struktury doskonale tłumaczy obserwacje, to jednocześnie podkreśla, jak wiele podstawowych rzeczy wciąż nie wiemy o bezpośrednim otoczeniu Drogi Mlecznej. To rozwiązanie starej zagadki otwiera jednocześnie nowe pytania. Dlaczego ciemna materia ułożyła się akurat w taki, a nie inny sposób? Czy jest to cecha charakterystyczna tylko naszej okolicy, czy może powszechny wzór? Odpowiedzi na nie będą wymagały kolejnych, jeszcze dokładniejszych obserwacji i modeli.