Το Καθιερωμένο Μοντέλο Κοσμολογίας περιγράφει πως δημιουργήθηκε το σύμπαν σύμφωνα με την άποψη των περισσότερων φυσικών. Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Βόννης μελέτησαν τώρα την εξέλιξη των γαλαξιών μέσα σε αυτό το μοντέλο, βρίσκοντας σημαντικές αποκλίσεις με τις πραγματικές παρατηρήσεις. Το Πανεπιστήμιο του St. Andrews στη Σκωτία και το Πανεπιστήμιο του Charles στην Τσεχική Δημοκρατία συμμετείχαν επίσης σε τούτη τη μελέτη, ενώ τα αποτελέσματα της έχουν δημοσιευτεί στο Astrophysical Journal .
Οι περισσότεροι γαλαξίες που είναι ορατοί από τη Γη μοιάζουν με επίπεδο δίσκο που έχει πυκνό κέντρο. Μοιάζουν λοιπόν κατά κάποιο τρόπο με τον αθλητικό εξοπλισμό ενός δισκοβόλου. Σύμφωνα με το Καθιερωμένο Μοντέλο της Κοσμολογίας, ωστόσο, τέτοιοι δίσκοι θα πρέπει να σχηματίζονται μάλλον σπάνια. Αυτό συμβαίνει επειδή στο μοντέλο, κάθε γαλαξία περιβάλλεται από ένα φωτοστέφανο σκοτεινής ύλης. Αυτό το φωτοστέφανο είναι αόρατο, αλλά ασκεί ισχυρή βαρυτική έλξη στους κοντινούς γαλαξίες λόγω της μάζας του. «Γι’ αυτό συνεχίζουμε να βλέπουμε γαλαξίες να συγχωνεύονται μεταξύ τους στο σύμπαν των μοντέλων», εξηγεί ο καθηγητής Δρ Πάβελ Κρούπα από το Ινστιτούτο Helmholtz-Institute of Radiation and Nuclear στο Πανεπιστήμιο της Βόννης.
Αυτή η συντριβή έχει δύο αποτελέσματα, εξηγεί ο φυσικός: “Πρώτον, οι γαλαξίες διεισδύουν στη διαδικασία, καταστρέφοντας το σχήμα του δίσκου. Δεύτερον, μειώνει τη γωνιακή ορμή του νέου γαλαξία που δημιουργήθηκε από τη συγχώνευση.” Με απλά λόγια, αυτό μειώνει σημαντικά την ταχύτητα περιστροφής του. Η περιστροφική κίνηση συνήθως διασφαλίζει ότι οι φυγόκεντρες δυνάμεις που ενεργούν κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας προκαλούν το σχηματισμό ενός νέου δίσκου. Ωστόσο, εάν η γωνιακή ορμή είναι πολύ μικρή, δεν θα σχηματιστεί καθόλου νέος δίσκος.
Μεγάλη ασυμφωνία μεταξύ πρόβλεψης και πραγματικότητας
Στην τρέχουσα μελέτη, ο διδακτορικός φοιτητής του καθηγητή Kroupa, ο Moritz Haslbauer, ηγήθηκε μιας διεθνούς ερευνητικής ομάδας για τη διερεύνηση της εξέλιξης του σύμπαντος χρησιμοποιώντας τις τελευταίες προσομοιώσεις υπερυπολογιστών. Οι υπολογισμοί βασίζονται στο Καθιερωμένο Μοντέλο της Κοσμολογίας και δείχνουν ποιοι γαλαξίες θα έπρεπε να είχαν σχηματιστεί μέχρι σήμερα αν αυτή η θεωρία ήταν σωστή. Στη συνέχεια, οι ερευνητές συνέκριναν τα αποτελέσματα τους με τα πιο ακριβή δεδομένα παρατήρησης του πραγματικού Σύμπαντος που είναι ορατά από τη Γη.
«Εδώ συναντήσαμε μια σημαντική ασυμφωνία μεταξύ της πρόβλεψης και της πραγματικότητας», λέει ο Haslbauer: «Υπάρχουν προφανώς πολύ περισσότεροι γαλαξίες με επίπεδο δίσκο από ό,τι μπορεί να εξηγηθεί με τη θεωρία». Ωστόσο, η ανάλυση των προσομοιώσεων είναι περιορισμένη ακόμη και στους σημερινούς υπερυπολογιστές. Μπορεί επομένως ο αριθμός των γαλαξιών που μοιάζουν με δίσκο που θα σχηματίζονταν στο Καθιερωμένο Μοντέλο της Κοσμολογίας να έχει υποτιμηθεί. «Ωστόσο, ακόμα κι αν λάβουμε υπόψη αυτό το αποτέλεσμα, παραμένει μια σοβαρή διαφορά μεταξύ θεωρίας και παρατήρησης που δεν μπορεί να διορθωθεί», επισημαίνει ο Haslbauer.
Η κατάσταση είναι διαφορετική για ένα εναλλακτικό του Καθιερωμένου Μοντέλου, το οποίο απαλλάσσεται από τη σκοτεινή ύλη. Σύμφωνα με τη λεγόμενη θεωρία MOND (το ακρωνύμιο σημαίνει “MilgrOmiaN Dynamics), οι γαλαξίες δεν αναπτύσσονται με τη συγχώνευση μεταξύ τους. Αντίθετα, σχηματίζονται από περιστρεφόμενα νέφη αερίου που γίνονται όλο και πιο συμπυκνωμένα. Σε ένα σύμπαν MOND, οι γαλαξίες αναπτύσσονται επίσης απορροφώντας αέριο από το περιβάλλον τους. Ωστόσο, οι συγχωνεύσεις πλήρους ανάπτυξης γαλαξιών είναι σπάνιες στη MOND.
“Η ερευνητική μας ομάδα στη Βόννη και την Πράγα έχει αναπτύξει με ένα μοναδικό τρόπο τις μεθόδους προκειμένου να κάνει υπολογισμούς σε αυτήν την εναλλακτική θεωρία”, λέει ο Kroupa, ο οποίος είναι επίσης μέλος των Διεπιστημονικών Ερευνητικών Μονάδων «Modeling» και «Matter» στο Πανεπιστήμιο της Βόννης. «Οι προβλέψεις της MOND είναι συνεπείς με αυτό που πραγματικά βλέπουμε».
Πρόκληση για το Καθιερωμένο Μοντέλο Κοσμολογίας
Ωστόσο, οι ακριβείς μηχανισμοί ανάπτυξης των γαλαξιών δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητοί, ακόμη και με το MOND. Επιπλέον, στο MOND, οι νόμοι της βαρύτητας του Νεύτωνα δεν ισχύουν υπό ορισμένες συνθήκες, αλλά πρέπει να αντικατασταθούν από τους σωστούς. Αυτό θα είχε εκτεταμένες συνέπειες για άλλους τομείς της φυσικής. «Παρόλα αυτά, η θεωρία MOND λύνει όλα τα γνωστά εξωγαλαξιακά κοσμολογικά προβλήματα, παρόλο που αρχικά είχε διατυπωθεί για να απευθύνεται μόνο σε γαλαξίες », λέει ο Δρ. Indranil Banik, ο οποίος συμμετείχε σε αυτήν την έρευνα. «Η μελέτη μας αποδεικνύει ότι οι νέοι φυσικοί σήμερα εξακολουθούν να έχουν την ευκαιρία να συνεισφέρουν σημαντικά στη θεμελιώδη φυσική», προσθέτει ο Κρούπα.
