9 Minute
O echipă de astronomi a identificat un filament colosal, înfășurat, compus din galaxii care par să se rotească precum un tornado cosmic în mișcare lentă. Întinzându-se pe zeci de milioane de ani-lumină, acest filament recent caracterizat nu este doar cea mai lungă structură rotitoare observată până acum, ci oferă şi indicii noi despre modul în care galaxiile îşi dobândesc spinul şi despre felul în care scheletul invizibil al Universului — web‑ul cosmic — modelează materia vizibilă.
Acel ac de galaxii cu o răsucire surprinzătoare
La aproximativ 440 de milioane de ani-lumină distanţă de Pământ, cercetătorii au observat pentru prima dată o aliniere neobişnuită a galaxiilor în observaţii radio realizate cu radiotelescopul MEERKAT, ca parte a sondajului MIGHTEE. Paisprezece galaxii păreau aranjate într‑o linie neobişnuit de dreaptă, asemănătoare cu un ac, de circa 5,5 milioane de ani‑lumină în lungime şi aproximativ 117.000 de ani‑lumină în lăţime. Orientările lor erau corelate de‑a lungul structurii, un model prea regulat pentru a fi o simplă întâmplare statistică.
Pentru a testa dacă această configuraţie reprezenta o anomalie locală sau era parte dintr‑o structură mai mare, echipa a verificat câmpul observat folosind seturi de date optice şi în infraroşu publice: Sloan Digital Sky Survey (SDSS) şi Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). Rezultatul a fost remarcabil. Alte 283 de galaxii aflate practic la aceeaşi distanţă au fost găsite de‑a lungul aceleiaşi axe, iar şi ele au prezentat o aliniere persistentă de‑a lungul filamentului.
Această constatare extinde numărul membrilor identificaţi la ~297 de galaxii şi coroanează descoperirea ca fiind o concentraţie coerentă de materie vizibilă, legată de o filare de materie întunecată. Aliniamentul sistematic al axelor galactice constituie o dovadă observatională importantă privind influenţa mediei ambientale asupra orientării galaxiilor la scară largă.
Rotire la scară cosmică: redshift-ul spune povestea
Doar orientarea ar fi fost interesantă; ceea ce a transformat această descoperire într‑un rezultat mediatizat a fost informaţia cinematică. Prin măsurarea diferenţelor de redshift (deplasare Doppler a liniilor spectrale) de‑a lungul filamentului, astronomii au descoperit un tipar sistematic compatibil cu rotaţia. Pe o parte a filamentului, lumina galaxiilor era uşor deplasată spre albastru, ceea ce indică mişcare către noi; pe partea opusă, lumina era deplasată spre roşu, semn al mişcării îndepărtate.
Aceste măsurători spectroscopice, obţinute din datele DESI şi SDSS combinate cu măsurători radio, au permis modelarea mişcării. Modelele cinetice au furnizat o viteză tangentială estimată la aproximativ 110 kilometri pe secundă, o valoare comparabilă cu viteza relativă de apropiere dintre Calea Lactee şi Andromeda. Estimările includ incertitudini instrumentale şi sistematice, dar semnătura rămâne robustă după controlul acestor erori.
Un diagram ilustrativ al filamentului
Tiparul observat sugerează că întregul filament prezintă o mişcare vorticală în jurul axei sale. Dacă această interpretare va fi confirmată de studii ulterioare, structura devine cel mai lung filament coerent rotitor descoperit până în prezent, oferind dovezi observaţionale directe că structurile cosmice la scară mare pot transporta moment unghiular.
Din punct de vedere fizic, rotaţia unui filament implică transfer de moment unghiular pe distanţe foarte mari şi pune întrebări despre modul în care materia întunecată şi gazul intergalactic contribuie la această dinamică. Analiza profilelor de viteză pe secţiuni transversale ale filamentului şi estimările de densitate permit calculul momentului unghiular specific şi al fluxului de masă, parametri importanţi pentru comparaţii cu simulări cosmologice.
De ce contează: legătura cu web‑ul cosmic şi formarea galaxiilor
Filamentul face parte din web‑ul cosmic, vasta reţea de materie întunecată şi gaz care organizează galaxiile în filamente, plăci şi goluri. Chiar dacă web‑ul este invizibil direct în lumină, el guvernează locurile în care materia se adună şi modul în care galaxiile cresc. Descoperirea susţine aşteptările teoretice provenite din modelele de cuplu de maree (Tidal Torque Theory), conform cărora asimetriile din Universul timpuriu transferă moment unghiular către regiunile în colaps, deci şi către filamentele care se formează şi, ulterior, către galaxiile din acestea.
Transferul momentului unghiular şi Teoria cuplului de maree
Teoria cuplului de maree prezice că interacţiunile gravitaţionale timpurii, generate de distribuţii neuniforme de materie întunecată, imprimă spin regiunilor aflate în proces de colaps. Observaţia că galaxiile din acest filament împărtăşesc atât alinierea axelor, cât şi mişcarea rotativă sugerează că filamentele pot funcţiona ca benzi transportoare ale momentului unghiular, contribuind la stabilirea rotaţiei galactice încă din primele etape ale evoluţiei lor.
În practică, acest mecanism implică torciuni gravitaţionale pe scară mare care se transmit din materie întunecată în gaz şi în stele. În modelele numerice, cuantificarea câmpului de vorticitate, a tensorului de maree şi a evoluţiei acestor câmpuri oferă predicţii testabile pentru orientarea şi magnitudinea spinului galactic. Observaţii ca aceasta reprezintă punţi cruciale între predicţiile simulărilor (de ex. IllustrisTNG, EAGLE, SIMBA) şi datele reale.
Combustibil pentru formarea stelelor
Filamentul conţine şi gaz neutru de hidrogen rece (HI), iar galaxiile membri sunt bogate în hidrogen — un rezervor natural pentru formarea stelară. Prezenţa hidrogenului neutru sugerează fluxuri de alimentare (accreţie) care alimentează activitatea de formare a stelelor în galaxiile din filament. Filamentele cosmice pot, prin urmare, să joace un dublu rol: direcţionează materia spre galaxii şi, în acelaşi timp, imprimă dinamica rotativă care influenţează evoluţia galactică pe termen lung.
Detectarea HI pe astfel de scări se realizează în mod obişnuit prin linia de emisie a 21 cm, utilizată în radioastronomie pentru a cartografia gazul neutru. Sensibilitatea şi rezoluţia necesare pentru a urmări HI difuz pe scară mare sunt printre motivele pentru care MEERKAT şi, în viitor, SKA (Square Kilometre Array) sunt instrumente esenţiale în studiul web‑ului cosmic şi al filamenţilor rotitori.
Observaţii şi instrumente din spatele descoperirii
Acest rezultat este un exemplu elocvent al astronomiei multi‑lungime de undă în practică. Detectarea iniţială a folosit date radio MEERKAT din sondajul MIGHTEE pentru a identifica o concentraţie neobişnuită de sisteme bogate în hidrogen. Acoperirea optică şi în infraroşu din SDSS şi DESI a extins recensământul galaxiilor şi a furnizat redshifts precise necesare pentru a cartografia vitezele de-a lungul structurii.
Combinarea înregistrărilor radio, optice şi spectroscopice a permis echipei să treacă de la o aliniere intrigantă la o măsurătoare cinematică robustă. În practică, datele radio au identificat semnătura HI, în timp ce măsurătorile spectroscopice au dat deplasările în frecvenţă necesare pentru a construi un profil de viteză. Calibrarea instrumentală, corectarea efectelor de aşteptare (selection effects) şi verificările sistematice au fost paşi esenţiali pentru a exclude artefacte.
Următoarele campanii de observaţie ar putea folosi interferometre radio cu rezoluţie mai mare (de ex. SKA sau ASKAP), spectrografe cu câmp integral (integral‑field spectrographs precum MUSE pe VLT) pentru a cartografia distribuţia gazului cald şi rece la nivel detaliat, iar măsurătorile de lentilă gravitaţională slabă (weak lensing) ar putea contribui la reconstruirea distribuţiei materiei întunecate asociate filamentului.
Implicaţii pentru cosmologie şi evoluţia galaxiilor
Descoperirea unui filament atât de lung şi rotitor restrânge modelele de formare a structurilor la scară mare. Ea demonstrează că momentul unghiular poate fi organizat coerent pe scări mult mai mari decât cele ale galaxiilor individuale, ceea ce poate influenţa fuziunile galactice, formarea discurilor şi istoricul formării stelare. Dacă filamentele transferă frecvent spin către galaxii, acest lucru ar putea explica unele dintre corelaţiile pe scară largă ale orientării galactice observate în sondaje.
Mai mult, filamentul oferă un laborator ideal pentru a studia relaţia dintre gazul intergalactic de densitate scăzută şi creşterea galaxiilor, deoarece rezervorul de hidrogen rece indică o accreţie activă şi combustibil pentru formarea normală a stelelor. Există implicaţii şi pentru studii privind distribuţia materiei bariionice versus materie întunecată în filamente şi pentru bilanţul energetic al mediului intergalactic (temperaturi, ionizare, fluxuri cosmice).
Un câmp adânc obţinut cu JWST
Compararea observaţiilor cu simulările cosmologice permite testarea consistenţei teoretice: dacă coduri precum IllustrisTNG sau EAGLE reproduc frecvent filamente vorticale de această scară şi cu aceste proprietăţi cinetice, atunci modelele existente de evoluţie a structurii la scară mare ar fi validate; dacă nu, ar indica necesitatea revizuirii parametrilor fizici (de ex. modul de interacţiune baryon‑materie întunecată, efecte de feedback etc.).
Expert Insight
Dr. Maya Cavendish, cosmolog observaţională, care nu a participat la studiu, comentează: 'Această detecţie este captivantă pentru că leagă geometria de mişcare la scări cu adevărat vaste. De multe ori ne imaginăm galaxiile rotindu‑se izolat, dar acest filament arată cum spinurile lor pot fi o proprietate colectivă, condusă de reţeaua mai largă de materie întunecată. Confirmarea unor sisteme asemănătoare ne va spune dacă rotaţia coerentă este rară sau o trăsătură comună a web‑ului cosmic.'
Comentariul expert subliniază importanţa statisticilor: un singur filament rotitor este un caz fascinant, dar pentru a înţelege frecvenţa fenomenului este necesară o căutare sistematică în sondaje largi. Acest lucru implică dezvoltarea de algoritmi de detecţie automată pentru aliniamente şi semnături spectroscopice coerente, precum şi cross‑match între catalogele radio, optice şi spectroscopice.
Unde se merge de aici: teste şi observaţii viitoare
Pentru a dezvolta această descoperire, astronomii vor dori hărţi mai adânci şi cu rezoluţie superioară ale gazului şi materiei întunecate în şi în jurul filamentului. Observaţii ţintite cu interferometre radio, spectrografe cu câmp integral şi sondaje de nouă generaţie ar putea dezvălui distribuţia de masă a filamentului şi dacă rotaţia se extinde şi în componenta de materie întunecată. Simulările ajustate pentru a reproduce un filament vortical atât de lung vor ajuta de asemenea la testarea dacă modelele curente produc în mod natural astfel de caracteristici.
Pe termen scurt, este probabilă o combinaţie între: observaţii radio profunde pentru HI difuz, cartografiere optică şi spectroscopică pentru redshifturi şi dinamica stelară, observaţii în raze X pentru a detecta gazul cald asociat şi studiile de lentilă gravitaţională pentru a estima masa totală (bariionică + întunecată). De asemenea, analiza comparativă a populaţiei stelare, a ratei de formare a stelelor şi a metalicităţii galaxiilor din filament poate oferi indicii despre istoria acceţiei şi a interacţiunilor galactice locale.
Fie că acest tornado cosmic este unic sau reprezintă un exemplu al unui fenomen răspândit, descoperirea evidenţiază puterea în creştere a sondajelor coordonate şi importanţa căutării semnăturilor dinamice la cele mai mari scări. Web‑ul cosmic nu este un fundal static; el poate transporta mişcare, impuls şi memoria Universului timpuriu până la galaxiile pe care le observăm azi.
Sursa: sciencealert
Lasă un Comentariu