Už nějakou dobu víme o rozsáhlé struktuře vesmíru. Galaxie sídlí ve vláknech dlouhých stovky milionů světelných let na páteři temné hmoty. A tam, kde se tato vlákna setkávají, jsou kupy galaxií. Mezi nimi jsou masivní dutiny, kde jsou galaxie řídké. Nyní tým astronomů v Německu a jejich kolegů v Číně a Estonsku učinil zajímavý objev.
Tato masivní vlákna se otáčejí a tento druh rotace v tak masivním měřítku nebyl nikdy předtím viděn.
Je zřejmé, že neexistuje způsob, jak pořídit skutečný obrázek rozsáhlé struktury vesmíru. Existují však některé téměř známé obrázky, které pocházejí z Simulační program tisíciletí . Simulace tisíciletí byla superpočítačová simulace krychlové části vesmíru přes 2 miliardy světelných let na každé straně. Snímek obsahuje asi 20 milionů jednotlivých galaxií uspořádaných do vláken a shluků a byl to náš první skutečný pohled na vesmírnou LSS.
Je pozoruhodné podívat se nyní na tento obrázek a představit si rotující vlákna.
Obrázek struktury vesmíru ve velkém měřítku, ukazující vlákna a dutiny v kosmické struktuře. Zápočet: Millennium Simulation Project
Tým astronomů za tímto objevem pracoval s daty z Sloan Digital Sky Survey (SDSS.) SDSS vytvořila velmi podrobnou 3D mapu vesmíru, takže data SDSS byla pro objev týmu kritická.
„Mapováním pohybu galaxií v těchto obrovských kosmických superdálnicích pomocí průzkumu Sloan Digital Sky – průzkumu stovek tisíc galaxií – jsme našli pozoruhodnou vlastnost těchto vláken: otáčejí se.“ říká Peng Wang, první autor nyní publikované studie a astronom na AIP (Institute for Astrophysics Potsdam).
Každá z galaxií ve vláknech není větší než zrnko prachu ve velkém měřítku a nejenže rotují, ale pohybují se podél úponků, jako by to byly potrubí.
'Pohybují se po spirálách nebo vývrtkách jako oběžných drahách, krouží kolem středu vlákna a cestují po něm.'
Noam Libeskind, spoluautor studie, AIP.
„Navzdory tomu, že se jedná o tenké válce – rozměrově podobné tužkám – stovky milionů světelných let dlouhé, ale jen několik milionů světelných let v průměru, tyto fantastické úponky hmoty rotují,“ dodal Noam Libeskind, iniciátor projektu v AIP. 'Na těchto měřítkách jsou galaxie v nich samy o sobě jen úlomky prachu.' Pohybují se po spirálách nebo vývrtkách jako oběžných drahách, krouží kolem středu vlákna a cestují po něm. Taková rotace nebyla nikdy předtím viděna v tak obrovských měřítcích a z toho plyne, že musí existovat dosud neznámý fyzikální mechanismus zodpovědný za točení těchto objektů.“
Skutečnost, že se tato vlákna točí, je obtížné si představit a fascinující, jakmile uspějete. Ale objev je o více než o naší vlastní fascinaci. Toto jsou největší objekty, jaké jsme kdy viděli otáčet, a to znamená, že úhlová hybnost může probíhat v masivním měřítku. Jednou ze záhad v kosmologii je to, jak je tento moment hybnosti generován v tak masivním měřítku, protože v raném vesmíru neexistovala žádná prvotní rotace.
Objev se opírá o pozorování jednotlivých galaxií ve vláknech a jejich Dopplerův posun. V této studii je červený posun zástupcem rotace, galaxie s červeným posunem se vzdalují a galaxie s modrým posunem se blíží.
Tento obrázek z článku ukazuje rychlost rotace vlákna jako funkci vzdálenosti mezi galaxiemi a páteří vlákna. Vzdálenost galaxií od páteře vlákna v ustupující oblasti je zobrazena červeně a jsou jí připsány kladné hodnoty, zatímco vzdálenost galaxií v přibližující se oblasti je označena modře a připisovány záporné hodnoty. Chybové úsečky představují standardní odchylku od průměru. Obrazový kredit: Wang et al 2021.
V současném pracovním modelu strukturní formace vesmíru rostou nadměrné hustoty prostřednictvím gravitační nestability. Materiál z oblastí s nízkou hustotou proudí do oblastí s nadměrnou hustotou. Ale tento tok materiálu nemá žádnou rotaci ani zkroucení. To je důvod, proč kosmologové říkají, že v raném vesmíru neexistovala žádná rotace. A zde je tento objev ještě zajímavější.
Rotace evidentní v těchto vláknech galaxií musí být generována tak, jak se formují struktury. A tato vlákna a zbytek kosmické sítě jsou spojeny se vznikem a vývojem samotných galaxií. Mají také silný vliv na rotaci jednotlivých galaxií a mohou regulovat, jak se galaxie a její halo temné hmoty otáčí. V tom všem je neznámý kousek: vědci ještě nevědí, jak naše současné chápání může předpovědět, že se vlákna samotná otáčejí.
'Taková rotace nebyla nikdy předtím viděna v tak obrovských měřítcích a z toho vyplývá, že musí existovat dosud neznámý fyzikální mechanismus zodpovědný za točení těchto objektů.'
Noam Libeskind, spoluautor studie, AIP.
Před touto studií jiní vědci teoretizovali, že tato vlákna rotují. Například, Dr. Mark Neyrinck , člen katedry teoretické fyziky na univerzitě v Baskicku ve Španělsku, je známý tím, že o tom teoretizuje. Je také známý tím, že vyvinul „origami“ popis formování kosmické struktury. V článek z roku 2016 v The Paper řekl: „...pokud se galaxie otáčejí (a oni rotují), musí z nich vyčnívat vlákna. Kromě toho by se galaxie spojené vláknem měly otáčet většinou společně, jako objekty připojené ke koncům tyče. Ve skutečnosti je to v souladu s astronomickými pozorováními; blízké galaxie mají tendenci se otáčet stejným směrem.'
Práce Dr. Neyrincka byla důležitým výchozím bodem pro tým stojící za tímto dokumentem.
'Motivováni návrhem teoretika Dr. Marka Neyrincka, že vlákna se mohou točit, jsme zkoumali pozorovanou distribuci galaxií a hledali rotaci vláken,' říká spoluautor Noam Libeskind. 'Je fantastické vidět toto potvrzení, že mezigalaktická vlákna rotují ve skutečném vesmíru, stejně jako v počítačové simulaci.'
Tým použil sofistikovanou metodu mapování, která rozdělil pozorované rozložení galaxií na segmenty. Potom bylo každé z vláken aproximováno válcem. Galaxie ve vláknu pak byly rozděleny do dvou oblastí na obou stranách páteře vlákna. Poté pečlivě změřili střední rozdíl rudého posuvu mezi těmito dvěma oblastmi. „Střední rozdíl v rudém posuvu je zástupným znakem rozdílu rychlostí (Dopplerova posuvu) mezi galaxiemi na vzdalující se a přibližující se straně trubice vlákna,“ píší autoři. Takto měřili rotaci vláken.
Ve svém článku tým píše, že to, co našli, nemůže být náhodné. 'To, co je zde měřeno a prezentováno, je rozdíl rudého posuvu mezi dvěma oblastmi na obou stranách předpokládané rotační osy, která je shodná s páteří vlákna. Úplné rozdělení tohoto množství je nekonzistentní s náhodným bez ohledu na úhel pohledu vytvořený s linií pohledu…“
Vědci však varují, že jejich výsledky nenaznačují, že každé vlákno ve vesmíru se otáčí. To by byl přehnaný dosah. „Tato práce nepředpovídá, že se každé jednotlivé vlákno ve vesmíru otáčí,“ píší, „spíše že existují dílčí vzorky – důvěrně spojené s hmotou koncového bodu pozorovacího úhlu – které ukazují jasný signál konzistentní s rotací. To je hlavní zjištění této práce.“
„Dohromady,“ píše tým ve svém závěru, „aktuální studie a Xia a kol. (2021) demonstrovat, že moment hybnosti lze generovat v bezprecedentních měřítcích, čímž se otevírají dveře novému chápání kosmické rotace.
Vedoucím autorem této práce je Peng Wang, astronom z Institute for Astrophysics Potsdam (AIP). Název článku je „Možný pozorovací důkaz rotace kosmického vlákna“. Je to publikováno v Nature Astronomy.
Více:
- Tisková zpráva: Objev největší rotace ve vesmíru
- Publikovaný výzkum: Možný pozorovací důkaz rotace kosmického vlákna
- Vesmír dnes: Slizovka roste stejně jako velká struktura vesmíru
