Otkrivena jedna od najvećih rotirajućih struktura u svemiru

Međunarodni tim astronoma predvođen Sveučilištem u Oxfordu identificirao je jednu od najvećih rotirajućih struktura dosad zabilježenih: iznimno tanak niz galaksija “urezan” u golemi kozmički filament koji se kao cjelina okreće, udaljen oko 140 milijuna svjetlosnih godina od Zemlje.

Rezultati, objavljeni u časopisu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, mogli bi donijeti nove uvide u to kako su se galaksije formirale i počele rotirati u ranom svemiru.

Kozmički “autoput” koji se okreće kao cjelina

Kozmički filamenti najveće su poznate strukture u svemiru. To su golemi, izduženi sklopovi galaksija i tamne tvari koji se protežu kroz prostor i tvore složenu trodimenzionalnu mrežu, često opisivanu kao svojevrsna kozmička nosiva konstrukcija. Duž tih struktura teku materija i kutni moment, usmjeravajući tokove prema galaksijama koje se u njima formiraju i razvijaju.

Strukture u kojima se veliki broj obližnjih galaksija okreće u istom smjeru, a pritom izgleda kao da rotira i sam filament, idealne su za proučavanje načina na koji galaksije stječu svoj kutni moment i plin koji danas sadrže. Takvi sustavi omogućuju i testiranje teorija o tome kako se kozmička rotacija gradi kroz razmjere od desecima milijuna svjetlosnih godina.

U novoj studiji istraživači su identificirali 14 obližnjih galaksija bogatih vodikom, poredanih u vrlo tanak, izdužen niz dugačak oko 5,5 milijuna svjetlosnih godina i širok približno 117 000 svjetlosnih godina. Taj niz nalazi se unutar mnogo većeg kozmičkog filamenta, dugog oko 50 milijuna svjetlosnih godina, koji sadrži više od 280 drugih galaksija.

Zapanjujuće je da se velik broj tih galaksija čini usklađenim sa smjerom rotacije samog filamenta, značajno više nego što bi se očekivalo u potpuno slučajnoj raspodjeli osi vrtnje. Takav rezultat dovodi u pitanje postojeće modele te sugerira da kozmičke strukture mogu snažnije ili dulje utjecati na rotaciju galaksija nego što se ranije pretpostavljalo.

Istraživači su pokazali da se galaksije s obje strane ove svojevrsne “kralježnice” filamenta gibaju u suprotnim smjerovima, što upućuje na to da cijela struktura rotira. Na temelju modela dinamike filamenata izveli su da je brzina rotacije oko 110 kilometara u sekundi te procijenili polumjer gusto središnje regije na približno 50 kiloparseka, odnosno oko 163 000 svjetlosnih godina.

Suautorica dr. Lyla Jung s Odjela za fiziku Sveučilišta u Oxfordu ističe: “Ono što ovu strukturu izdvaja nije samo njezina veličina, nego spoj poravnanja gibanja galaksija i zajedničke rotacije filamenta. Može se usporediti s vrtuljkom s ‘šalicama’ u zabavnom parku (nikad nisam bio ljubitelj istih). Svaka galaksija jest poput zasebne šalice koja se okreće, ali istodobno se okreće i cijela platforma, odnosno sam kozmički filament. Ta dvostruka vrtnja pruža rijedak uvid u to kako galaksije preuzimaju svoj spin iz većih struktura u kojima nastaju i žive.”

Mladi, “dinamički hladni” filament pun vodika

Prema dosadašnjoj analizi, promatrani filament djeluje kao mlada i slabo poremećena struktura. Velik broj galaksija bogatih plinom te vrlo mala unutarnja gibanja, stanje koje se u astrofizici opisuje kao “dinamički hladno”, upućuju na to da je riječ o ranoj razvojnoj fazi.

Vodik je osnovni materijal za nastanak zvijezda, pa galaksije koje sadrže mnogo neutralnog vodika aktivno prikupljaju ili zadržavaju gorivo za buduće epizode formiranja zvijezda. Takvi objekti omogućuju izravan uvid u rane ili još uvijek neprekinute procese evolucije galaksija.

Galaksije bogate vodikom pritom su i izvrsni pokazatelji toka plina duž kozmičkih filamenata. Atomski vodik vrlo je osjetljiv na gibanja i smetnje, pa njegov raspored otkriva kako se plin usmjerava kroz filament prema galaksijama. Time se dobivaju ključne informacije o tome kako se kutni moment prenosi kroz kozmičku mrežu te kako oblikuje građu galaksija, njihovu rotaciju i brzinu stvaranja zvijezda.

Ovakav sustav mogao bi biti važan i za buduće modele intrinzičnih poravnanja galaksija, što predstavlja značajan izvor nesigurnosti u nadolazećim istraživanjima slabe gravitacijske leće, uključujući misiju Euclid Europske svemirske agencije i opservatorij Vera C. Rubin u Čileu. Ako se orijentacije galaksija snažno povezuju s velikim kozmičkim strukturama, to može utjecati na tumačenje signala slabe leće i na procjene raspodjele tamne tvari.

Suautorica dr. Madalina Tudorache naglašava: “Ovaj filament predstavlja fosilni zapis kozmičkih tokova. Pomaže rekonstruirati kako galaksije s vremenom stječu svoj spin i rastu.”

MeerKAT, MIGHTEE i snaga udruženih opažanja

Kako bi identificirao ovu strukturu, međunarodni tim koristio je podatke južnoafričkog radio-teleskopa MeerKAT, jednog od najsnažnijih instrumenata te vrste na svijetu. MeerKAT se sastoji od 64 međusobno usklađene antene koje zajednički djeluju kao iznimno osjetljiv radio-interferometar.

Rotirajući filament uočen je u sklopu dubinskog pretraživanja neba MIGHTEE, projektom koji vodi profesor astrofizike Matt Jarvis s Odjela za fiziku Sveučilišta u Oxfordu. Cilj tog istraživanja je mapiranje neutralnog vodika i proučavanje nastanka i evolucije galaksija kroz različita razdoblja kozmičke povijesti.

Radio-podaci iz MIGHTEE-ja povezani su s optičkim opažanjima instrumenata Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) i Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Zajedničkom analizom otkriven je kozmički filament u kojem se istodobno opažaju usklađene osi rotacije galaksija i rotacija same strukture.

Profesor Jarvis ističe: “Ovo jasno pokazuje koliko je važno objediniti podatke različitih opservatorija kako bi se dobio dublji uvid u nastanak velikih struktura i galaksija u svemiru.”