Είναι γνωστό πως τα αντικείμενα που παρατηρούμε στο Σύμπαν, όπως οι πλανήτες, τα άστρα, τα νεφελώματα και οι γαλαξίες αποτελούν μόλις ένα μικρό ποσοστό του συνολικού αποθέματος ύλης και ενέργειας του Σύμπαντος, της τάξης του 5%. Η ύλη αυτή ονομάζεται «βαρυονική ύλη». Η σκοτεινή ενέργεια, μια μυστηριώδης μορφή ενέργειας που θεωρείται πως ευθύνεται για την επιτάχυνση του ρυθμού διαστολής του Σύμπαντος συνιστά το 68% και το υπόλοιπο 27% καταλαμβάνεται από τη σκοτεινή ύλη. Η σκοτεινή ύλη αλληλεπιδρά βαρυτικά – όπως και η βαρυονική – αλλά δεν μπορεί να παρατηρηθεί με κανένα τηλεσκόπιο, καθώς δεν αλληλεπιδρά με το φως. Μπορεί, ωστόσο, να παρατηρηθεί έμμεσα.
Τα σμήνη γαλαξιών αποτελούν εξαιρετικά αντικείμενα για την έμμεση παρατήρηση της σκοτεινής ύλης, καθώς αυτά δρουν ως πολύ ισχυροί «βαρυτικοί φακοί», δηλαδή καμπυλώνουν και παραμορφώνουν έντονα το φως από μακρινότερα αντικείμενα, όπως προβλέπεται από τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Einstein. Παρατηρώντας το φαινόμενο του βαρυτικού φακού σε ένα σμήνος, οι ερευνητές μπορούν να προσδιορίσουν την κατανομή της σκοτεινής ύλης, καθώς αυτή συμβάλλει στο φαινόμενο.
Εικόνα: NASA, ESA & L. Calçada
Πριν από μερικές ημέρες κυκλοφόρησε μια εικόνα που συμπεριλαμβάνεται σε μια έρευνα που δημοσιεύτηκε και σχετίζεται με το «Bullet Cluster», ένα γνωστό σμήνος γαλαξιών σε απόσταση 3,8 δισεκατομμυρίων ετών φωτός στον αστερισμό της Τρόπιδος. Το Bullet Cluster φαίνεται να έχει προκύψει από τη συγχώνευση δύο μικρότερων σμηνών γαλαξιών στο παρελθόν.
Εικόνα: NASA, ESA, CSA, STScI, CXC
Η εντυπωσιακή εικόνα του Bullet Cluster, η οποία φαίνεται παραπάνω, δημιουργήθηκε με δεδομένα από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb και από το τηλεσκόπιο ακτίνων Χ της NASA, Chandra X-ray Observatory. Με ροζ χρώμα απεικονίζεται το θερμό αέριο του σμήνους, το οποίο παρατηρήθηκε με το τηλεσκόπιο Chandra, και αποτελείται από βαρυονική ύλη. Με μπλε χρώμα αναπαρίσταται η σκοτεινή ύλη που περιέχει το σμήνος, που προσδιορίστηκε με τον τρόπο που περιγράφηκε προηγουμένως και με χρήση δεδομένων του James Webb.
Αν και παρόμοιες εικόνες του σμήνους υπήρχαν στο παρελθόν, η νέα και λεπτομερέστερη αυτή εικόνα αναδεικνύει σχηματισμούς που προηγουμένως ήταν άγνωστοι στην επιστημονική κοινότητα. Για παράδειγμα η μπλε περιοχή στα αριστερά, που σχετίζεται με το ένα από τα δύο σμήνη που συγχωνεύτηκαν και σχηματίστηκε το Bullet Cluster, είναι αρκετά επιμηκυμένη και περιέχει πυκνώματα σκοτεινής ύλης σε σημεία όπου είναι συγκεντρωμένοι πολλοί γαλαξίες. Αντιθέτως η μπλε περιοχή στα δεξιά, που σχετίζεται με το δεύτερο σμήνος, είναι αρκετά μικρότερη και όχι επιμηκυμένη.
Η ερευνητική ομάδα που δημιούργησε αυτή την εικόνα, της οποίας ηγείται ο διδακτορικός φοιτητής Sangjun Cha του πανεπιστημίου Yonsei University στη Νότια Κορέα και ο καθηγητής James Jee, υποστηρίζει πως η ιδιαίτερη αυτή μορφολογία δείχνει πως το σμήνος στα αριστερά είχε υποστεί κι άλλη συγχώνευση στο παρελθόν, δισεκατομμύρια χρόνια πριν τη δημιουργία του Bullet Cluster.
Κάτι ακόμη που γίνεται εμφανές στην εικόνα είναι πως το θερμό αέριο απομακρύνθηκε από τα δύο επιμέρους σμήνη κατά τη συγχώνευση και συγκεντρώθηκε στην κεντρική περιοχή. Αντιθέτως, οι περιοχές σκοτεινής ύλης των δύο σμηνών παρέμειναν σχεδόν ανεπηρέαστες και δεν διέφυγαν από τα σμήνη.
Το Bullet Cluster είναι ένα σμήνος τεράστιων διαστάσεων το οποίο αποτελεί έναν εξαιρετικό στόχο για τη μελέτη της σκοτεινής ύλης αλλά και της αλληλεπίδρασης γαλαξιακών σμηνών. Αν και οι νέες παρατηρήσεις χάρη στο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb συνέβαλαν σημαντικά στον εμπλουτισμό των δεδομένων που έχουμε για το σμήνος, απαιτείται περισσότερη μελέτη με ακόμη πιο ισχυρό εξοπλισμό. Στο άμεσο μέλλον, οι ερευνητές θα μπορέσουν να αποκτήσουν αρκετά καλύτερες και εκτενέστερες εικόνες με χρήση του τηλεσκοπίου Nancy Grace Roman Space Telescope της NASA, το οποίο αναμένεται να εκτοξευθεί το 2027. Όσο οι παρατηρήσεις αυξάνονται και βελτιώνονται, οδηγούμαστε πιο κοντά στην επίλυση ενός από τα μεγαλύτερα μυστήρια στο χώρο της κοσμολογίας, αυτό της φύσης της σκοτεινής ύλης.
