Suvremeni kozmološki model pretpostavlja da kretanje obližnjih galaksija kontrolira ogromna ravna struktura sastavljena od tamne tvari, objašnjavajući zašto se ta dva kozmička diva sudaraju.
Ponašanje obližnjih galaksija već je desetljećima stalni problem astronomije. Iako su se gotovo sve velike galaksije oko Mliječne staze udaljile od nje u skladu s općim kozmičkim širenjem, jedna se iznimka ističe: Andromeda.
Naš najbliži galaktički susjed približava nam se velikom brzinom i održava putanju koja će dovesti do sudara u budućnosti. Taj je kontrast doveo u pitanje modele, simulacije i temeljne pretpostavke o raspodjeli mase u najbližem svemiru.
Novo istraživanje nudi uvjerljiv i elegantan odgovor: lokalni svemir nije sferičan, već golema ravna površina kojom dominira tamna tvar.
Ovo otkriće rezultat je istraživanja koje je kombiniralo detaljna astronomska promatranja s točnim kozmološkim modelima. Rezultat je iznenađujuće organizirano galaktičko okruženje, gdje geometrija nevidljive materije igra odlučujuću ulogu.
Umjesto da ravnomjerno okružuje zvijezde Lokalne grupe, većina mase je koncentrirana u spljoštenoj strukturi koja se proteže desetke milijuna svjetlosnih godina daleko. Takva konfiguracija objašnjava i uzajamno privlačenje Galaksije i Andromede i udaljenost drugih obližnjih galaksija.
Ovaj model rješava dugotrajnu kontradikciju između standardne kozmološke teorije i promatranja takozvanog Hubbleovog toka u obližnjoj regiji. Također pruža sveobuhvatniju sliku o tome kako gravitacija oblikuje lokalni prostor i zašto se neki dijelovi svemira čine gotovo praznima, dok drugi sadrže većinu materije.
Kozmička struja koja se ne ponaša kako bi trebala.
Širenje svemira jedno je od najvećih otkrića 20. stoljeća. Prema Hubbleovom zakonu, galaksije se udaljavaju jedna od druge brzinom proporcionalnom udaljenosti. Općenito, što je galaksija udaljenija, čini se da se brže udaljava. Međutim, ova ovisnost pokazuje odstupanja na lokalnoj razini, gdje gravitacija velikih koncentracija mase mijenja očekivano gibanje.
Lokalna grupa galaksija, koja uključuje Mliječnu stazu, Andromedu, Trokutastu galaksiju i desetke patuljastih galaksija, jedan je takav primjer. Andromeda se nalazi oko 2,5 milijuna svjetlosnih godina od nas i kreće se prema našoj galaksiji brzinom od oko 110 kilometara u sekundi. Ovo gibanje je u suprotnosti s kretanjem drugih obližnjih velikih galaksija izvan Lokalne grupe, koje se udaljavaju čak i brže nego što je predviđeno prosječnim širenjem kozmosa.
Ovaj fenomen zbunjuje astronome više od pola stoljeća. U kasnim 1950-ima proračuni Franza Kahna i Lodewijka Voltairea već su pokazali da prividna masa Mliječnog puta i Andromede nije dovoljna da objasni njihovu međusobnu privlačnost. Ovo odstupanje bilo je jedan od prvih dokaza za postojanje tamne materije.
S vremenom je potvrđeno da su obje galaksije okružene golemim aureolama tamne tvari, čija je masa znatno veća od mase njihovih zvijezda i plina. Ova struktura objašnjava pristup Andromede, ali ne objašnjava zašto se čini da se druge obližnje galaksije udaljavaju od kombinirane gravitacijske sile Lokalne grupe.
Nova studija objavljena u časopisu Nature Astronomy promatra ovaj problem iz složenog kuta. Istraživači su krenuli od ključne pretpostavke: distribucija tamne tvari izvan glavnih aureola može biti jednako važna kao i masa samih galaksija.
Kao što su autori napomenuli, „naša galaksija Andromeda i njezine patuljaste galaksije tvore Lokalnu grupu. Smatra se da se većina njezine mase i mase oko nje sastoji od tamne tvari, a ne plina ili zvijezda, pa bi njezina distribucija trebala biti određena utjecajem gravitacije na kretanje vidljivih objekata.”
Modeliranje je uključivalo ne samo lokalni klaster galaksija, već i 31 galaksiju koja se nalazi izvan njegovih granica, udaljena do 32 milijuna svjetlosnih godina.
Model se temeljio na početnim uvjetima ranog svemira, izvedenim iz kozmičke mikrovalne pozadine, i evoluirao je kako bi reproducirao današnje položaje i brzine promatranih galaksija.
Rezultat je bio dosljedan i ilustrativan. Masa koja okružuje lokalnu skupinu nije raspoređena sferično, već kao glatka, izdužena struktura. I tamna i vidljiva tvar koncentrirane su u ovom sloju, a njezin gravitacijski utjecaj kontrolira kretanje obližnjih galaksija.
Glatka geometrija koja organizira galaksije i prazne prostore.
Postojanje ovog sloja tamne tvari mijenja naše razumijevanje galaktičkog okoliša. Galaksije u ovoj strukturi doživljavaju gravitacijsku silu prema udaljenijim regijama u ovom sloju, gotovo u potpunosti kompenzirajući privlačnost Mliječne staze i Andromede. Kao rezultat toga, te galaksije slijede Hubbleov tok ili čak izlaze brže od očekivanog.
Za razliku od Mliječne staze, Andromeda leži u istoj ravnini i nalazi se unutar područja međusobnog gravitacijskog utjecaja obaju aureola. To objašnjava zašto je to jedina velika galaksija koja se kreće prema nama.
Studija je također rasvijetlila ulogu velikih svemirskih rupa. Iznad i ispod folije, svemir izgleda iznenađujuće prazan. Ta su područja nastala na točkama u ranom svemiru gdje je izvorna gustoća bila ispod prosjeka, zbog čega su se brže širila i izbacivala tvar u okolna područja.
Ova pravilnost objašnjava zašto nijedna druga galaksija nije opažena da se kreće prema Mliječnoj stazi iz ovih smjerova. U tim prazninama jednostavno nema masivnih objekata koji bi to omogućili.
Novi pristup omogućio je pomirenje ovih proturječja unutar standardnog kozmološkog modela LCDM. Prema autorima, opažanja su u skladu s modelom samo ako je masa snažno koncentrirana u ravnini s dubokim prazninama iznad i ispod.
Ova konfiguracija pokazuje da budući sudar Mliječne staze i Andromede nije anomalija, već prirodna posljedica našeg položaja u sloju kozmičke tamne tvari – tihoj strukturi koja iz sjene određuje sudbinu galaksija.
