Όλοι οι γαλαξίες θα έχαναν τα αστέρια τους, αλλά δεν θα τους επηρέαζε όλους με τον ίδιο τρόπο.
Τι είναι σκοτεινή ύλη
Η σκοτεινή ύλη είναι μία από τις μεγαλύτερες και πιο αινιγματικές προκλήσεις της σύγχρονης αστρονομίας και κοσμολογίας. Παρόλο που δεν μπορούμε να την παρατηρήσουμε άμεσα, οι επιδράσεις της είναι αισθητές στον τρόπο που αλληλεπιδρούν οι γαλαξίες και η μεγάλη κλίμακα της δομής του Σύμπαντος. Ας δούμε με περισσότερες λεπτομέρειες τι είναι η σκοτεινή ύλη και ποιες είναι οι ιδιότητές της:
Ορισμός και Ιδιότητες
Ορισμός:
Η σκοτεινή ύλη είναι ένα είδος ύλης που δεν εκπέμπει, δεν απορροφά και δεν αντανακλά φως, καθιστώντας την αόρατη στα οπτικά τηλεσκόπια. Η παρουσία της αποκαλύπτεται μέσω των βαρυτικών επιδράσεών της πάνω στην ορατή ύλη, την ακτινοβολία και τη δομή του Σύμπαντος.
Ιδιότητες:
- Είναι αόρατη: Δεν αλληλεπιδρά με το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, γεγονός που την καθιστά αόρατη.
- Βαρυτική επίδραση: Παράγει βαρυτική έλξη, η οποία μπορεί να παρατηρηθεί μέσω της κίνησης των γαλαξιών και των σμηνών γαλαξιών.
- Διασπορά: Είναι ευρέως διασπαρμένη στο Σύμπαν, σχηματίζοντας το λεγόμενο κοσμικό ιστό, που αποτελεί το σκελετό πάνω στον οποίο σχηματίζονται οι γαλαξίες.
- Μη βαρυτική αλληλεπίδραση: Οι αλληλεπιδράσεις της με την κανονική ύλη είναι εξαιρετικά ασθενείς, εκτός από τη βαρυτική δύναμη.
Πάμε τώρα να δούμε όλες τις λεπτομέρειες που αφορούν το θέμα μας.
Η ψυχρή και σκοτεινή ύλη του σύμπαντος είναι περίπου πέντε φορές περισσότερη από τη συνηθισμένη ύλη. Αν και σήμερα δεν γνωρίζουμε ακριβώς από τι αποτελείται, έχει, όπως κάθε μάζα, ένα φαινόμενο βαρύτητας που επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο τα αστέρια κατανέμονται στους γαλαξίες και κάνει τα ουράνια αντικείμενα να περιστρέφονται (δηλαδή να κινούνται) πολύ πιο γρήγορα από ό,τι θα ήταν αν δεν υπήρχε.
Τι θα γινόταν αν εξαφανιζόταν; Χωρίς τη σκοτεινή ύλη, όλοι οι μεγάλοι γαλαξίες θα έχασαν αστέρια τους, ειδικά εκείνοι που βρίσκονται στα «προάστια».
Αν αφαιρούσαμε τη σκοτεινή ύλη από τον Γαλαξία, όλα όσα βρίσκονται τώρα στην περιφέρεια του γαλαξία, όπως και τα αστέρια που βρίσκονται πιο μακριά από το κέντρο, θα χωρίζονταν. Και θα το έκαναν γιατί περιστρέφονται. Είναι σαν να αφαιρούσαμε τον Ήλιο από το ηλιακό σύστημα: Τότε οι πλανήτες που κανονικά περιστρέφονται γύρω του και έλκονται από τη μάζα του, θα ξέφευγαν. Χωρίς την έλξη του Ήλιου, θα συνέχιζαν να κινούνται σε ευθεία γραμμή, ανάλογα με τη γωνιακή ορμή στην οποία βρίσκονταν οι τροχιές τους, αλλά σε κάθε περίπτωση θα εκτινάσσονταν.
Ο NGC 1277 είναι ένα καλό παράδειγμα ότι ένας τεράστιος γαλαξίας μπορεί να υπάρξει χωρίς σκοτεινή ύλη. Αν και πραγματικά δεν ξέρουμε τι απέγινε αυτός ο γαλαξίας, το ενδιαφέρον είναι ότι, αφού δεν είχε σκοτεινή ύλη, δεν μπόρεσε να προσελκύσει υλικό από έξω, δηλαδή τα αστέρια και το αέριο στην περιφέρεια που συνήθως υπάρχει σε άλλους γαλαξίες. Γι’ αυτό θεωρείται ένα μοναδικό στοιχείο στο σύμπαν, καθώς δεν υπάρχει άλλο παρόμοιο.
Αυτό θα συνέβαινε στο Ηλιακό Σύστημα
Στο κέντρο κάθε τεράστιου γαλαξία, η συνηθισμένη ύλη είναι πιο συγκεντρωμένη από τη σκοτεινή ύλη και η βαρυτική της επίδραση είναι κυρίαρχη. Αυτός είναι ο λόγος που τα αστέρια και όλα τα αντικείμενα στο γαλαξιακό κέντρο δεν θα επηρεάζονταν σοβαρά εάν εξαφανιζόταν η σκοτεινή ύλη.
Τα περισσότερα αστέρια δεν ξεφεύγουν από το κέντρο του γαλαξία, αλλά μένουν εκεί. Κάθε φορά που πλησιάζουν, κινούνται πιο γρήγορα. Αλλά δεν καταρρέουν, γιατί κινούνται. Η κατάρρευση, μάλιστα, είναι πολύ δύσκολη.
Το ηλιακό σύστημα και η Γη βρίσκονται στη μέση του Γαλαξία, επομένως πιθανότατα δεν θα μας επηρέαζε πολύ αν εξαφανιζόταν η σκοτεινή ύλη. Πιθανότατα θα παρατηρούσαμε κάτι, αλλά ο Ήλιος είναι αρκετά κοντά στο κέντρο του γαλαξία, έτσι ώστε η κυρίαρχη δύναμη βαρύτητας να μην είναι αυτή της σκοτεινής ύλης, αλλά της υπόλοιπης ύλης.
Επιπτώσεις στην δομή των γαλαξιών:
- Χωρίς τη σκοτεινή ύλη, οι γαλαξίες θα ήταν πολύ πιο μικροί και σφιχτοί.
- Η περιστροφή των γαλαξιών θα ήταν πολύ πιο αργή.
- Δεν θα υπήρχαν γαλαξιακοί δίσκοι, μόνο σφαιρικοί πυρήνες.
- Οι σπειροειδείς γαλαξίες, όπως ο δικός μας, δεν θα υπήρχαν.
Επιπτώσεις στην εξέλιξη του σύμπαντος:
- Η διαστολή του σύμπαντος θα ήταν πολύ πιο αργή.
- Δεν θα σχηματίζονταν μεγάλες δομές, όπως σμήνη και υπερσμήνη γαλαξιών.
- Το σύμπαν θα ήταν πολύ πιο αραιό και κενό.
Θα χάναμε νάνους γαλαξίες
Η εξαφάνιση της σκοτεινής ύλης σε γαλαξίες χαμηλής μάζας, τους λεγόμενους νάνους γαλαξίες, θα είχε καταστροφικό αποτέλεσμα.
Οι νάνοι γαλαξίες είναι οι πιο πολυάριθμοι. Αυτοί οι γαλαξίες έχουν υψηλότερη αναλογία σκοτεινής ύλης σε σχέση με τη συνολική τους μάζα από τους πιο ογκώδεις γαλαξίες. Σε αυτά, η μάζα της σκοτεινής ύλης μπορεί να είναι έως και δεκάδες χιλιάδες φορές μεγαλύτερη από την ελαφριά ύλη. Επομένως, σε αυτή την περίπτωση, οι συνέπειες της απώλειας της σκοτεινής ύλης θα ήταν πολύ μεγαλύτερες από εκείνες της απώλειας των αστεριών που βρίσκονται προς τις άκρες: Με λίγα λόγια οι νάνοι γαλαξίες θα διαλύονταν εντελώς.
Δεν αλλάζει τίποτα χωρίς τον Τοξότη Α*;
Παρ’ ό,τι η ύπαρξη του επιβεβαιώθηκε το 2019, το μυστήριο γύρω από τον σχηματισμό του Τοξότη Α*, της υπερμεγέθης μαύρης τρύπας στο κέντρο του γαλαξία μας, παραμένει. Η ονομασία “μαύρη τρύπα” ίσως να μην αντικατοπτρίζει πλήρως την προέλευσή του, καθώς η κατάρρευση της σκοτεινής ύλης δεν αποτελεί απαραίτητα τον μοναδικό τρόπο δημιουργίας του.
Η δράση του Τοξότη Α* περιορίζεται σε τοπικό επίπεδο. Η βαρυτική του έλξη δεν επηρεάζει την τροχιά του Ήλιου ούτε ασκεί σημαντικό αντίκτυπο στην ευρύτερη δομή του γαλαξία. Σε γαλαξιακή κλίμακα, η επίδραση της μαύρης τρύπας είναι αμελητέα. Η πιθανή απομάκρυνση της από το σύστημα δεν θα επιφέρει αισθητές αλλαγές.
Η ένωση του Γαλαξία μας και της Ανδρομέδας
Με 200 δισεκατομμύρια αστέρια, μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα και ένα φωτοστέφανο σκοτεινής ύλης, ο Γαλαξίας μας έχει μάζα 1,15 τρισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο. Γι’ αυτό, θεωρείται ένας τεράστιος γαλαξίας. Η Ανδρομέδα, ο πλησιέστερος γαλαξίας μας, είναι επίσης γιγαντιαίος, με μάζα περίπου 1,5 τρισεκατομμύριο φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο.
Η αμοιβαία βαρυτική έλξη τους τούς φέρνει πιο κοντά (αντισταθμίζοντας την επίδραση της διαστολής του σύμπαντος) και κάποια στιγμή θα συγχωνευθούν. Η τεράστια μάζα τους καθιστά πιθανή τη συγχώνευση ακόμα και χωρίς την ύπαρξη σκοτεινής ύλης. Φυσικά, η συγχώνευση θα πραγματοποιηθεί σε πολύ μεγαλύτερο χρονικό διάστημα από ό,τι εκτιμάται σήμερα, λαμβάνοντας υπόψη την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης.
Στην αρχή του σύμπαντος
Ας φανταστούμε για μια στιγμή ότι η σκοτεινή ύλη δεν υπήρχε ποτέ. Αυτό το σενάριο θα άλλαζε ριζικά τα πράγματα, αρχικά επειδή οι νάνοι γαλαξίες πιθανότατα δεν θα είχαν σχηματιστεί ποτέ. Η εξάλειψη της σκοτεινής ύλης από την εξίσωση στην αρχή του σύμπαντος σημαίνει ότι θα δημιουργούνταν κυρίως πολύ μεγάλοι γαλαξίες.
Ο δικός μας Γαλαξίας πιθανότατα θα είχε σχηματιστεί, αλλά σχεδόν σίγουρα θα είχε πολύ λιγότερα αστέρια. Και δεν θα βλέπαμε τα λεγόμενα αστρικά φωτοστέφανα που προκύπτουν από τον κανιβαλισμό των νάνων γαλαξιών από πιο ογκώδεις γαλαξίες.
Χωρίς τη σκοτεινή ύλη, θα διαλυόταν το σύμπαν;
Η σκοτεινή ύλη είναι πανταχού παρούσα. Ωστόσο, ακόμα κι όλη η σκοτεινή ύλη που υπάρχει δεν είναι ικανή να επιβραδύνει την επιτάχυνση της διαστολής του σύμπαντος. Ο ρόλος της σκοτεινής ύλης περιορίζεται στην έλξη αντικειμένων που βρίσκονται σχετικά κοντά της.
Από την άλλη πλευρά, η σκοτεινή ύλη μπορεί να εξουδετερώσει το φαινόμενο Hubble Flow. Σε ορισμένες κλίμακες, χάρη στην παρουσία της σκοτεινής ύλης, τα αντικείμενα αποσυνδέονται από τη διαστολή και καταρρέουν (όπως στην περίπτωση της Ανδρομέδας και του Γαλαξία).
Εάν αφαιρούσαμε όλη τη σκοτεινή ύλη ταυτόχρονα, όπως θα συνέβαινε με τα αστέρια στην περιφέρεια των μεγάλων γαλαξιών, οι εξώτατοι γαλαξίες των σμηνών γαλαξιών θα εκτινάσσονταν προς τα έξω. Μερικοί από αυτούς τους φυγόπνοους γαλαξίες θα ενσωματώνονταν στη ροή του Hubble και, ως εκ τούτου, στην παγκόσμια διαστολή του σύμπαντος.