Andromeda juri u susret smrti dok ostali beže u tamu
Decenijama astronomiju muči isto pitanje: kako to da se sve velike galaksije u našem komšiluku udaljavaju od Mlečnog puta povučene opštim širenjem univerzuma, dok se Andromeda, naša najbliža suseda, zabija u nas brzinom od 110 kilometara u sekundi? Novo istraživanje objavljeno u časopisu Nature Astronomy nudi elegantan i neumoljiv odgovor: lokalni univerzum nije sferičan, već je organizovan unutar ogromne, spljoštene ploče tame materije koja se proteže na desetine miliona svetlosnih godina.
Ovaj model objašnjava istovremeno i privlačnost između Mlečnog puta i Andromede i beg svih ostalih susjednih galaksija. Rešava istorijsku kontradikciju između standardne kosmološke teorije i posmatranja takozvanog Hubbleovog toka u neposrednom okruženju, nudeći koherentniju sliku o tome kako gravitacija oblikuje lokalni prostor i zašto su neke oblasti kosmosa prazne dok druge koncentrišu gotovo svu masu.
Tok koji krši sve zakone ekspanzije
Otkriće širenja univerzuma predstavlja jedno od najvećih dostignuća dvadesetog veka. Prema Hubbleovom zakonu, galaksije se udaljavaju jedna od druge brzinama srazmernim rastojanju – što su dalje, brže beže. Međutim, ova relacija pokazuje odstupanja na lokalnim skalama, gde gravitacija velikih koncentracija mase menja očekivano kretanje.
Lokalna grupa, koja obuhvata Mlečni put, Andromedu, Galaksiju Trougla i desetine patuljastih galaksija, predstavlja upravo takav slučaj. Andromeda se nalazi na oko 2,5 miliona svetlosnih godina i kreće ka nama brzinom od 110 km/s. To je u direktnoj suprotnosti sa ponašanjem drugih velikih obližnjih galaksija koje se nalaze van granica Lokalne grupe – one se udaljavaju čak i brže nego što predviđa prosečna kosmička ekspanzija.
Ovo ponašanje zbunjivalo je astronome više od pola veka. Još krajem pedesetih godina prošlog veka, proračuni Franca Kana i Lodewijka Voltjera sugerisali su da vidljiva masa Mlečnog puta i Andromede nije dovoljna da objasni njihovu uzajamnu privlačnost. Ta neusklađenost postala je jedan od prvih dokaza postojanja tame materije – nevidljive forme materije koja deluje pretežno preko gravitacije.
Vremenom je potvrđeno da su obe galaksije omotane prostranim haloima tame materije čija masa daleko premašuje masu njihovih zvezda i gasa. Ova struktura objašnjava zašto se Andromeda približava, ali ne razjašnjava zašto se ostale obližnje galaksije čine imunim na zajedničku privlačnost Lokalne grupe.
Novo istraživanje pristupilo je ovom problemu iz integralne perspektive. Istraživači su krenuli od ključne premise: raspodela tame materije van glavnih halo-a mogla je biti podjednako važna kao i sama masa galaksija. Kako ističu autori rada: „Naša galaksija, Andromeda i njihove patuljaste pratilje formiraju Lokalnu grupu. Veruje se da je većina mase unutar nje i oko nje tame materija, a ne gas ili zvezde, pa se njena raspodela mora zaključiti iz efekata gravitacije na vidljive objekte“.
Simulacije su reprodukovale položaj i brzinu Mlečnog puta, Andromede i 31 galaksije smeštenih tačno van granica Lokalne grupe, na rastojanjima do oko 32 miliona svetlosnih godina. Model je krenuo od početnih uslova praiskonskog univerzuma, izvedenih iz kosmičke mikrotalasne pozadine, i evoluirao dok nije reprodukovao trenutne položaje i brzine posmatranih galaksija.
Rezultat je bio dosledan i otkrivajući: masa koja okružuje Lokalnu grupu ne raspoređuje se sferično, već unutar spljoštene, prostrane strukture. U toj ravni koncentrišu se i tama materija i vidljiva materija, a njihov gravitacioni uticaj dominira kretanjem obližnjih galaksija.
Ploča koja ubrzava bekstvo i osuđuje na sudar
Postojanje ove lamele tame materije menja način tumačenja galaktičkog okruženja. Galaksije koje su usađene unutar ove strukture doživljavaju gravitacionu privlačnost prema udaljenijim regionima ploče, što kompenzuje gotovo potpuno privlačenje koje vrše Mlečni put i Andromeda. Na taj način, te galaksije prate Hubbleov tok ili se čak udaljavaju brže nego što se očekivalo.
S druge strane, Andromeda deli istu ravan sa Mlečnim putem i nalazi se unutar oblasti uzajamnog gravitacionog uticaja oba halo-a. Ta pozicija objašnjava zašto je ona jedina velika galaksija koja se kreće ka nama.
Studija je takođe rasvetlila ulogu velikih kosmičkih vakuumima. Iznad i ispod ploče, prostor je iznenadujuće oslobođen galaksija. Ove regione formirale su zone u praiskonskom univerzumu gde je početna gustina bila neznatno ispod proseka. Kao posledica, one su se proširile brže i izbacile svoju materiju u okolne zone.
Ovaj obrazac objašnjava zašto se ne posmatraju druge galaksije koje bi se kretale ka Mlečnom putu iz tih pravaca. Jednostavno, u tim vakuumima ne postoje masivni objekti koji bi to mogli učiniti. Geometrija okruženja deluje kao dinamički filter koji određuje moguća kretanja.
Samori autori su priznali da su prethodni modeli nailazili na ustrajne poteškoće: „Napori modeliranja dugo su imali poteškoće sa reprodukovanjem mirnog Hubbleovog toka oko Lokalne grupe, jer su zahtevali nerealno malu masu izvan halo-a dve glavne galaksije. Ovde ponovo pristupamo problemu koristeći simulacije analoga Lokalne grupe sa ograničenim početnim uslovima kako bismo uskladili posmatranu dinamiku dva glavna halo-a i okolnog toka“.
Novi pristup uspeo je da pomiri ove napetosti unutar okvira standardnog kosmološkog modela poznatog kao hladna tama materija sa kosmološkom konstantom, ili ΛCDM. Prema radu: „Posmatranja su pomirljiva unutar ΛCDM modela, ali samo ako je masa snažno koncentrisana u ravni do 10 Mpc, sa površinskom gustinom koja raste udaljavajući se od Lokalne grupe i sa dubokim vakuumima iznad i ispod“.
Ova konfiguracija ne samo da pomiruje procene dinamičke mase Lokalne grupe sa posmatranim poljem brzina, već odražava strukture već poznate u raspodeli obližnjih galaksija. Rezultirajući Hubbleov tok pokazuje uređeno, iako anizotropno ponašanje – karakteristiku koja je ostala delimično skrivena zbog oskudice posmatranih galaksija u određenim pravcima.
Van neposrednog okruženja, istraživači su detektovali dodatne indikacije koje pojačavaju model. Galaksije smeštene na većim rastojanjima i visokim geografskim širinama čini se da padaju prema ravnoj ploči brzinama od nekoliko stotina kilometara na sat. Buduća identifikacija više struktura koje padaju iz oblasti vakuumima mogla bi pružiti nezavisnu potvrdu ove kosmičke arhitekture.
Sudar predodređen geometrijom nevidljivog
Uticaj studije daleko prevazilazi rešavanje lokalne misterije. Pokazujući da posmatrana dinamika potpuno odgovara standardnom kosmološkom modelu, rad pojačava ideju da tama materija ne upravlja samo formiranjem pojedinačnih galaksija, već i organizacijom na velikim skalama u neposrednom svemiru.
U rečima autora, postignuta koherentnost između simulacija, posmatranja i teorije nudi potpuniju sliku galaktičkog komšiluka. Lokalni univerzum prestaje da bude haotičan scenario i otkriva se kao struktura pažljivo izdubljena gravitacijom, gde čak i nevidljivo nameće precizan poredak.
Tako budući sudar između Mlečnog puta i Andromede, predviđen za oko 4,5 milijarde godina, više se ne javlja kao anomalija, već kao prirodna posledica naše pozicije unutar kosmičke lamele tame materije. To je struktura tiha i neopipljiva, koja iz senke određuje sudbinu galaksija.
