Il più grande oggetto rotante dell’universo: filamenti galattici lunghi centinaia di milioni di anni luce

Sappiamo da un po’ della struttura su larga scala dell’universo. Le galassie si trovano in filamenti lunghi centinaia di milioni di anni luce, su una spina dorsale di materia oscura. E dove questi filamenti si incontrano, ci sono ammassi galattici. Tra di loro ci sono enormi vuoti, dove sono sparse le galassie. Ora un team di astronomi in Germania e i loro colleghi in Cina ed Estonia hanno fatto un’interessante scoperta.

Questi filamenti giganteschi stanno ruotando e questo tipo di rotazione di questa grandezza gigantesca non è mai stata vista prima.

Chiaramente non c’è modo di catturare un’immagine fedele della struttura dell’universo su larga scala. Ma ci sono alcune immagini quasi famose che provengono da Simulatore del millennio. La simulazione del millennio era una simulazione al supercomputer di una porzione cubica dell’universo di oltre due miliardi di anni luce su ogni lato. L’immagine contiene circa 20 milioni di singole galassie organizzate in filamenti e gruppi, e questo è stato il nostro primo vero sguardo nell’universo LSS.

È così bello guardare quell’immagine ora e immaginare quei fili che girano.

Un’immagine su larga scala della struttura dell’universo, che mostra filamenti e vuoti all’interno della struttura cosmica. Credito: Progetto di simulazione del millennio

Il team di astronomi dietro questa scoperta ha lavorato con i dati di Sloan Digital Sky Survey (SDSS.) SDSS ha creato una mappa 3D altamente dettagliata dell’universo, quindi i dati SDSS sono stati importanti per la scoperta del team.

“Mappando il movimento delle galassie in questi modi massicci e super-cosmici utilizzando lo Sloan Digital Sky Survey – un’indagine su centinaia di migliaia di galassie – abbiamo trovato una proprietà notevole di questi filamenti: ruotano”. dice Peng Wang, primo autore dello studio ora pubblicato e astronomo dell’AIP (The Astrophysical Institute Potsdam).

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Ogni galassia nei filamenti non è altro che un granello di polvere su larga scala, e non solo ruotano, ma si muovono lungo viticci come se fossero condutture.

“Si muovono su una spirale o orbitano come un interruttore, ruotando intorno al centro del filamento mentre lo percorrono”.

Noam Libeskind, coautore dello studio, AIP.

Noam Libeskind, iniziatore del progetto presso l’AIP, ha aggiunto: “Nonostante siano cilindri snelli – di dimensioni simili a matite – lunghi centinaia di milioni di anni luce, ma con un diametro di pochi milioni di anni luce, questi meravigliosi viticci di materia sono Filatura.” “Su queste scale, le galassie all’interno sono esse stesse solo campioni di polvere. Si muovono su una spirale o orbitano come un interruttore, ruotando attorno al centro dello stoppino mentre lo percorrono. Una tale rotazione non è mai stata vista prima su una massa così massiccia bilance, e il risultato è che deve essere C’è un meccanismo fisico finora sconosciuto responsabile della coppia di queste cose.”

È difficile immaginare il fatto che questi fili girino e saranno fantastici una volta che li avrai realizzati. Ma la scoperta va oltre il nostro fascino. Questi sono gli oggetti più grandi che abbiamo mai visto ruotare, il che significa che il momento angolare può verificarsi su scala enorme. Uno dei misteri della cosmologia è come questo momento angolare sia generato su una scala così massiccia che non c’era una rotazione primitiva nell’universo primordiale.

La scoperta si basa sulle osservazioni di singole galassie nei filamenti e sul loro spostamento Doppler. In questo studio, lo spostamento verso il rosso è un proxy per la rotazione, le galassie spostate verso il rosso si allontanano e le galassie spostate verso il blu si avvicinano.

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Questa figura della carta mostra la velocità di rotazione del filamento in funzione della distanza intergalattica e della spina dorsale filamentosa.  La distanza delle galassie dalla spina dorsale filamentosa nella regione regredita è indicata in rosso e attribuita a valori positivi, mentre la distanza delle galassie nella regione in avvicinamento è indicata in blu ed attribuita a valori negativi.  Le barre di errore rappresentano la deviazione standard dalla media.  Credito immagine: Wang et al 2021.
Questa figura della carta mostra la velocità di rotazione del filamento in funzione della distanza intergalattica e della spina dorsale filamentosa. La distanza delle galassie dalla spina dorsale filamentosa nella regione regredita è indicata in rosso e attribuita a valori positivi, mentre la distanza delle galassie nella regione in avvicinamento è indicata in blu ed attribuita a valori negativi. Le barre di errore rappresentano la deviazione standard dalla media. Credito immagine: Wang et al 2021.

Nell’attuale modello di lavoro della formazione strutturale dell’universo, le densità in eccesso crescono per instabilità gravitazionali. Il materiale scorre da aree a bassa densità a aree a maggiore densità. Ma questo flusso di materiale non ha rotazione o arricciatura. Ecco perché i cosmologi dicono che non c’era rotazione nell’universo primordiale. Ed è qui che questa scoperta diventa ancora più interessante.

L’apparente rotazione in questi filamenti di galassie dovrebbe generarsi man mano che le strutture si formano. Questi filamenti e il resto della rete cosmica sono legati alla formazione e all’evoluzione delle galassie stesse. Ha anche una forte influenza sulla rotazione delle singole galassie e può regolare il modo in cui ruotano la galassia e il suo alone di materia oscura. C’è un pezzo poco noto in tutto questo: gli scienziati non sanno ancora come la nostra attuale comprensione possa prevedere che i fili stessi girino.

“Non abbiamo mai visto una simile rotazione prima su scale così massicce, e l’implicazione è che ci deve essere un meccanismo fisico finora sconosciuto responsabile dell’isolamento di queste cose”.

Noam Libeskind, coautore dello studio, AIP.

Prima di questo studio, altri scienziati avevano ipotizzato che questi filamenti ruotassero. Per esempio, Dott. Mark NerinkÈ ricercatore presso il Dipartimento di Fisica Teorica dell’Università dei Paesi Baschi, in Spagna, ed è noto per le sue teorie sull’argomento. È anche noto per il suo sviluppo della descrizione “origami” per la formazione della struttura cosmica. a articolo 2016 In The Paper ha detto: “…se le galassie ruotano (e lo fanno), da esse devono uscire dei filamenti. Inoltre, le galassie associate ai fili devono spesso ruotare insieme, come oggetti attaccati alle estremità di un’asta. In infatti, ciò corrisponde alle osservazioni astronomiche, le galassie vicine tendono a ruotare nella stessa direzione.

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Il lavoro del Dr. Nayrink è stato un importante punto di partenza per il team dietro questo documento.

“Motivati ​​dal suggerimento del Dr. Mark Nerink che i filamenti potrebbero ruotare, abbiamo esaminato la distribuzione galattica osservata, cercando la rotazione dei filamenti”, afferma il coautore Noam Libeskind. “È fantastico vedere questa conferma che i filamenti intergalattici circolano nell’universo reale, così come nelle simulazioni al computer”.

Il team ha utilizzato un sofisticato metodo di mappatura che divideva in parti la distribuzione delle galassie osservate. Quindi entrambi i cavi sono stati arrotondati da un cilindro. Le galassie nei filamenti sono state quindi divise in due regioni su entrambi i lati della spina dorsale del filamento. Quindi hanno misurato attentamente la differenza media di redshift tra le due regioni. “La differenza media del redshift è un proxy per la differenza di velocità (spostamento Doppler) tra le galassie sul lato retrogrado e in avvicinamento del tubo filamentoso”, hanno scritto gli autori. Ecco come hanno misurato la rotazione dei fili.

Il team ha scritto nel loro articolo che ciò che hanno trovato non può essere casuale. “Ciò che viene misurato e presentato qui è la differenza di redshift tra due regioni su entrambi i lati dell’asse di rotazione putativo che coincide con la spina dorsale filamentosa. L’intera distribuzione di questa quantità non è coerente con la casualità indipendentemente dall’angolo di vista formato con la linea -di vista…”

Tuttavia, i ricercatori avvertono che i loro risultati non significano che tutti i fili dell’universo stiano girando. Sarebbe irraggiungibile. Hanno scritto: “Questo lavoro non prevede che tutti i filamenti nell’universo ruotino, ma piuttosto che ci sono sottocampioni – strettamente correlati alla massa del punto finale dell’angolo di vista – che mostrano un chiaro segnale coerente con la rotazione. Questo è il principale ritrovamento di quest’opera».

Nel loro insieme, il team ha scritto nella conclusione: “L’attuale studio e <المراجع> Mostra che il momento angolare può essere generato a livelli senza precedenti, aprendo la porta a una nuova comprensione della rotazione cosmica”.

L’autore principale di questo lavoro è Peng Wang, astronomo presso l’Astrophysical Institute Potsdam (AIP). Il titolo dell’articolo è “Possibile evidenza osservazionale per l’avvolgimento di fili cosmici”. È stato pubblicato su Nature Astronomy.

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Giustina Rizzo

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