Συμπαντογένεση

Συμπαντογένεση

Η γένεση του Σύμπαντος, Genesis of Universe

Σύμφωνα με τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, το Σύμπαν στις πρώτες στιγμές του ήταν πλήρης από ένα καυτό πλάσμα (υλικό αποτελούμενο από πρωτόνια, ηλεκτρόνια και φωτόνια) ενώ έχουμε αποσπασματική γνώση των άλλων σωματιδίων.

Σκέδαση Thomson
Τα ελεύθερα κινούμενα ηλεκτρόνια αλληλεπέδρασαν με τα φωτόνια μέσω μιας διαδικασίας, γνωστής ως σκέδαση Thomson, η οποία συνέδεσε την ύλη με την ακτινοβολία.

Καθώς το Σύμπαν επεκτείνεται σε μέγεθος ψύχεται, και όταν μειώθηκε η θερμοκρασία του σε 3.000 Kelvin, τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια συνδυάστηκαν για να δημιουργήσουν τα ηλεκτρικά ουδέτερα άτομα του υδρογόνου.

Η διαδικασία σκέδασης κατά Thomson τελείωσε, και τότε τα φωτόνια έπαψαν να αλληλεπιδρούν με την ύλη τόσο εντατικά, κι έτσι προέκυψε η Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου. Αυτή η ακτινοβολία δεν είναι άλλη από τα φωτόνια εκείνης της εποχής που τώρα κυκλοφορούσαν πια ελεύθερα. Η κοσμική διαστολή από την άλλη συνέχισε να ψύχει το αέριο, γι αυτό και κάποιος θα περίμενε το κοσμικό αέριο να είναι σήμερα ψυχρό και ουδέτερο.

Ιονισμός Υδρογόνου
Είναι εκπληκτικά ωραίο αλλά δεν είναι έτσι τα πράγματα. Αν και ο Κόσμος γύρω μας αποτελείται από άτομα, ο κύριος όγκος της συνηθισμένης ύλης του Σύμπαντος σήμερα είναι υπό μορφή πλάσματος, που βρίσκεται βαθιά στο διαγαλαξιακό χώρο.

Τα παρατηρηθέντα φάσματα των πλέον απόμακρων (και ως εκ τούτου, των παλαιότερων) γνωστών κβάζαρ, γαλαξιών και εκρήξεων ακτίνων γάμμα, δείχνουν ότι αυτό το διάχυτο κοσμικό υδρογόνο ιονίστηκε πλήρως γύρω στο 1 δισεκατομμύριο χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Ένας υπαινιγμός για το τι ακριβώς συνέβη έγινε γνωστός πριν τρία χρόνια, όταν η διαστημοσυσκευή Ελέγχου της Ανισοτροπίας της Μικροκυματικής Ακτινοβολίας (WMAP) έδειξε ότι η ακτινοβολία που προέρχεται από το υπόβαθρο των μικροκυμάτων είναι ελαφρώς πολωμένη. Είναι γνωστό ότι το ουδέτερο υδρογόνο δεν πολώνει αυτήν την ακτινοβολία, μόνο το ιονισμένο υδρογόνο μπορεί. Μάλιστα, το μέγεθος της πόλωσης δείχνει ότι το αέριο ιονίστηκε πολύ νωρίς στην κοσμική ιστορία, λίγες εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια μετά από το big bang. Κατά συνέπεια, τα άτομα του υδρογόνου πρέπει να διασπάστηκαν σε πρωτόνια και ηλεκτρόνια όταν τερματίσθηκε η Σκοτεινή Εποχή.

Οι περισσότεροι ερευνητές συνδέουν αυτήν την διαδικασία του επαναϊονισμού του υδρογόνου με την πρώτη γενεά των αστέρων. Ο ιονισμός ενός ατόμου του υδρογόνου χρειάζεται μια ενέργεια 13,6 eV, μια ενέργεια που μπορεί να δοθεί στα άτομα, από τα φωτόνια του υπεριώδους φωτός. Δεν είναι ένα μεγάλο ποσό ενέργειας - περίπου 109 τζάουλ ανά χιλιόγραμμο υδρογόνου, πολύ λιγότερο από τα 1015 τζάουλ που απελευθερώνονται από την πυρηνική σύντηξη της ίδιας ποσότητας υδρογόνου. Εάν όμως μόνο το ένα εκατομμυριοστό του αερίου στον Κόσμο υποβληθεί σε σύντηξη μέσα στους αστέρες, θα είχε παραγάγει αρκετή ενέργεια για να ιονίσει όλο το υπόλοιπο.

Άλλοι ερευνητές υποθέτουν ότι το υλικό που κατέπιπτε στις Μελανές Οπές εξέπεμψε την ακτινοβολία που προκάλεσε τον ιονισμό. Πέφτοντας η ύλη μέσα στις μαύρες τρύπες ελευθέρωσε 1016 Joule /kg, έτσι αρκούσε μόνο το 1/10.000.000 του κοσμικού υδρογόνου να πέσει στις μαύρες τρύπες για να ιονίσει το υπόλοιπο.

Δημιουργία Γαλαξιών
Οι Αστέρες και οι μαύρες τρύπες δημιουργούνται μέσα στους Γαλαξίες, έτσι προτού πραγματοποιηθεί ο επαναϊονισμός, πρέπει οι Γαλαξίες να έχουν σχηματιστεί. Αν και οι περισσότεροι άνθρωποι σκέφτονται τους Γαλαξίες ως μια συλλογή των άστρων, οι κοσμολόγοι τους θεωρούν απλά σαν μεγάλες μάζες της ύλης στις οποίες τα άστρα σχετικά αργοπόρησαν να έρθουν.

Στην πραγματικότητα, οι Γαλαξίες αποτελούνται συνήθως από σκοτεινή ύλη, ένας μέχρι τώρα μη αναγνωρισμένος τύπος υλικού που είναι εγγενώς αόρατος. Οι Γαλαξίες θεωρούνται πως έχουν διαμορφωθεί ως εξής: όταν μια περιοχή του σύμπαντος άρχισε να γίνεται ελαφρώς πυκνότερη από το μέσο όρο, τότε άρχισε να έλκεται προς τα μέσα από τη βαρύτητά της. Αν και η περιοχή αρχικά διαστελλόταν όπως το υπόλοιπο τμήμα του Κόσμου, η πρόσθετη βαρύτητά της επιβράδυνε την διαστολή της, την περιέστρεψε και προκάλεσε την κατάρρευση της περιοχής, για να δημιουργήσει τέλος ένα αντικείμενο με συνοχή των τμημάτων του, δηλαδή ένα Γαλαξία.

Σύμφωνα με τα τρέχοντα μοντέλα, οι νάνοι γαλαξίες άρχισαν να παίρνουν τη μορφή τους όταν το Σύμπαν ήταν μόνο 100 εκατομμυρίων ετών. Αυτοί, αργότερα, συγχωνεύτηκαν και δημιούργησαν, όσο περνούσε ο χρόνος, μεγαλύτερους Γαλαξίες.

Δημιουργία Αστέρων
Ένας σύγχρονος Γαλαξίας όπως ο δικός μας συμπεριέλαβε εκατομμύρια τέτοιες δομικές μονάδες. Μέσα στους εμβρυακούς Γαλαξίες, το αέριο ψύχθηκε και διαχωρίσθηκε σε ανεξάρτητα τμήματα για να δημιουργήσει τους Αστέρες. Η υπεριώδης ακτινοβολία των άστρων διέρρευσε στο διαγαλαξιακό διάστημα, απομάκρυνε τα ηλεκτρόνια από τα άτομά τους και δημιούργησε μια διαστελλόμενη φυσαλλίδα ιονισμένου αερίου. Και όταν εμφανίστηκαν νέοι γαλαξίες δημιουργήθηκαν ακόμα περισσότερες φυσαλλίδες, και το διαγαλαξιακό αέριο έμοιαζε με το ελβετικό τυρί.

Οι φυσαλλίδες άρχισαν να επικαλύπτονται και τελικά γέμισαν όλο το διάστημα.

Αν και η πιο πάνω ακολουθία των γεγονότων ακούγεται εύλογη, αυτή βρισκόταν μέχρι τώρα μόνο στα μυαλά των θεωρητικών. Οι πρακτικοί κοσμολόγοι θα επιθυμούσαν να δουν άμεσα αποδεικτικά στοιχεία για την εποχή του επαναϊονισμού πριν προσθέσουν το κεφάλαιο που έλειπε στα εγχειρίδιά τους. Επιπλέον, μόνο οι παρατηρήσεις μπορούν να απαντήσουν στο ερώτημα εάν οι Αστέρες ή οι Μελανές Οπές εξουσίαζαν τον επαναϊονισμό και ποιες ήταν οι ιδιότητες της Σκοτεινής Ύλης. Αλλά πώς είναι δυνατές τέτοιες παρατηρήσεις εάν, αρχικά τουλάχιστον, η Σκοτεινή Εποχή ή Κοσμικός Μεσαίωνας ήταν σκοτεινή;

Ιδιοστροφορμή Σωματιδίων
Ευτυχώς, ακόμη και το ψυχρό υδρογόνο μπορεί να εκπέμψει κάποια μορφή φωτός. Τα υποατομικά σωματίδια έχουν έναν εγγενή προσανατολισμό του σπιν, που μπορεί να δείχνει είτε προς τα "πάνω" είτε προς τα "κάτω." Το ηλεκτρόνιο και το πρωτόνιο σε ένα άτομο υδρογόνου μπορεί να έχουν και τα δύο την ίδια κατεύθυνση (ευθυγραμμισμένα σπιν) ή αντίθετες κατευθύνσεις (αντιπαράλληλα σπιν). Με τα αντιπαράλληλα σπιν το άτομο έχει χαμηλότερη ενέργεια. Εάν, παραδείγματος χάριν, τα σπιν του ηλεκτρονίου και πρωτονίου δείχνουν πάνω, και ξαφνικά το σπιν του ηλεκτρονίου δείχνει προς κάτω, τότε η ενέργεια του ατόμου μειώνεται και εκπέμπει ένα φωτόνιο με το γνωστό μήκος κύματος των 21 εκατοστόμετρων. Αντιθέτως, εάν το άτομο απορροφήσει ένα φωτόνιο αυτού του μήκους κύματος, τότε το σπιν του ηλεκτρονίου αλλάζει κατεύθυνση προς τα πάνω.

Ένα φωτόνιο μήκους 21 εκατοστών έχει πολύ λιγότερη ενέργεια από τα φωτόνια που εκπέμπονται από το υδρογόνο όταν τα ηλεκτρόνια μεταπηδούν μεταξύ των τροχιών του. Για αυτόν τον λόγο, η διαδικασία αλλαγής κατεύθυνσης του σπιν ήταν ικανή να λειτουργήσει ακόμα και όταν δεν είχε αρχίσει η φωτοβολία των άστρων. Ενέργεια από την ακτινοβολία υποβάθρου και από τις συγκρούσεις μεταξύ των ατόμων θα είχαν προσφέρει ικανή ενέργεια για να μετατρέψουν τον προσανατολισμό στα ηλεκτρόνια και να αναγκάσουν το υδρογόνο να λάμπει εξασθενημένα. Οι σχετικοί αριθμοί των ατόμων με παράλληλα και αντιπαράλληλα σπιν καθόρισε την αποκαλούμενη θερμοκρασία σπιν του αερίου. Μια υψηλή θερμοκρασία σπιν, παραδείγματος χάριν, θα έδειχνε ότι ένα υψηλό τμήμα των ατόμων είχαν ευθυγραμμισμένο σπιν.

Η θεωρία επομένως δείχνει ότι η Σκοτεινή Εποχή καθορίστηκε από τρεις ευδιάκριτες θερμοκρασίες:
 * τη θερμοκρασία σπιν (ένα μέτρο του σχετικού πληθυσμού των ατόμων με διαφορετική κατάσταση σπιν),
 * τη συνηθισμένη, κινητική θερμοκρασία (ένα μέτρο των κινήσεων των ατόμων) και
 * τη θερμοκρασία της ακτινοβολίας (ένα μέτρο της ενέργειας των φωτονίων υποβάθρου).

Αυτές οι τρεις θερμοκρασίες θα μπορούσαν να διαφέρουν μεταξύ τους, ανάλογα με ποιες φυσικές διαδικασίες λειτούργησαν.

Θερμοκρασιακή Ισοτιμία
Σε ένα παράξενο ιψενικό τρίγωνο, η θερμοκρασία σπιν ταίριαξε πρώτα με την κινητική θερμοκρασία, έπειτα με τη θερμοκρασία ακτινοβολίας και τελικά με την κινητική θερμοκρασία άλλη μια φορά. Και καθώς ο χώρος επεκτείνεται, τότε το αέριο και η ακτινοβολία ψύχεται. Αν ήταν μόνο του το αέριο θα είχε ψυχθεί γρηγορότερα, αλλά αρχικά ένας μικρός αριθμός ελεύθερων ηλεκτρονίων που είχε μείνει από το σχηματισμό των ατόμων του υδρογόνου αντέδρασαν σε αυτήν την τάση. Αυτά τα ελεύθερα ηλεκτρόνια ενέργησαν ως μεσάζοντες για να μεταβιβάσουν την ενέργεια από το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων στα άτομα, διατηρώντας ίσες και τις τρεις θερμοκρασίες.

Θερμοκρασιακή Ανατροπή
Δέκα εκατομμύριο χρόνια μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη, εντούτοις, τα ηλεκτρόνια υποχώρησαν στο ρόλο τους επειδή η μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου είχε γίνει πάρα πολύ αραιή. Η ισορροπία μεταξύ αερίου και ακτινοβολίας ανατράπηκε, και το αέριο άρχισε να ψύχεται γρήγορα. Οι ατομικές συγκρούσεις διατήρησαν την ισότητα της κινητικής θερμοκρασίας με τη θερμοκρασία σπιν. Σε αυτήν την φάση το υδρογόνο ήταν καθαρός απορροφητής των φωτονίων 21 εκατοστών και απορρόφησε την ενέργεια από την ακτινοβολία υποβάθρου (αν και δεν ήταν αρκετή ποτέ πια για να αποκαταστήσει την ισορροπία).

Δεύτερη Μεταβολή
Εκατό εκατομμύρια χρόνια μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη, συνέβη μια δεύτερη μετάπτωση, αλλαγή. Η κοσμική διαστολή είχε αραιώσει την πυκνότητα του αερίου σε σημείο όπου οι συγκρούσεις ήταν πάρα πολύ σπάνιες για να εξισώσουν τις θερμοκρασίες σπιν και κινητικής. Τα σπιν έπειτα πήραν ενέργεια από το υπόβαθρο μικροκυμάτων. Όταν η θερμοκρασία σπιν επέστρεψε στην ισορροπία με την θερμοκρασία της ακτινοβολίας, το υδρογόνο δεν ήταν ούτε καθαρός απορροφητής ούτε ένα δίκτυο εκπομπών φωτονίων 21 εκατοστών. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου το αέριο δεν θα μπορούσε να ξεχωρίσει από το μικροκυματικό υπόβαθρο.

Τρίτη Μεταβολή
Όταν τα πρώτα αστέρια και οι μαύρες τρύπες ξεκίνησαν να λάμπουν, πραγματοποιήθηκε μια τρίτη μετάβαση. Οι ακτίνες X που αυτές εξέπεμψαν ανέβασαν την κινητική θερμοκρασία. Το υπεριώδες φως τους απορροφήθηκε και επανακτινοβολήθηκε από το υδρογόνο, και η επόμενη πτώση των ηλεκτρονίων ανάμεσα στις ατομικές τροχιές έφερε σε ισορροπία τις θερμοκρασίες της κινητικής και του σπιν. Η θερμοκρασία σπιν αυξήθηκε πάνω από τη θερμοκρασία υποβάθρου των μικροκυμάτων, κι έτσι το υδρογόνο επισκίασε το υπόβαθρο. Η αναστροφή των ηλεκτρονίων θέλει πολύ λιγότερη ενέργεια από τον ιονισμό των ατόμων, έτσι οι γαλαξίες αναγκάζουν το υδρογόνο να λάμψει πολύ πριν αυτο επαναϊονιστεί. Τελικά, καθώς το υδρογόνο ιονίστηκε, εξέπεμψε φως με διαφορετικούς τρόπους και η διαγαλαξιακή εκπομπή των 21εκατοστών εξασθένισε κατά πολύ.

Αρχέγονη τομογραφία
Λόγω αυτού του ιψενικού τριγώνου, ο ουρανός στα 21 εκατοστά θα είναι είτε φωτεινότερος είτε σκοτεινότερος από το υπόβαθρο των μικροκυμάτων, ανάλογα με το χρόνο και τη θέση. Ένα άλλο φαινόμενο που οι παρατηρητές πρέπει να λάβουν υπόψη τους είναι ότι η κοσμική διαστολή έχει διαστείλει τα αρχικά μήκη κύματος των φωτονίων σε πιο μεγάλα μήκη κύματος.

Από την έναρξη της Σκοτεινής Εποχής, το σύμπαν έχει επεκταθεί κατά έναν παράγοντα 1.000, έτσι ένα φωτόνιο λ=21 εκατοστών που εκπέμφθηκε εκείνη την εποχή φθάνει στη Γη με ένα μήκος κύματος 210 μέτρων. Ένα φωτόνιο που εκπέμπεται προς το τέλος της Σκοτεινής Εποχής μετατοπίζεται σε ένα μήκος κύματος ενός έως δύο μέτρων.

Αυτό το εύρος των μηκών κύματος βρίσκεται στην περιοχή των ραδιοκυμάτων του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Την εκπομπή αυτών των κυμάτων μπορεί να την συλλάβουμε με ένα δίκτυο κεραιών χαμηλής συχνότητας παρόμοιων με αυτές που χρησιμοποιούνται για την τηλεόραση και τις ραδιοεπικοινωνίες. Αρκετές ομάδες αυτήν την περίοδο κατασκευάζουν τέτοιες σειρές κεραιών. Το δίκτυο Mileura Widefield Array (MWA) στη Δυτική Αυστραλία θα αποτελείται από 8.000 κεραίες διεσπαρμένες σε μια περιοχή μήκους 1,5 χιλιομέτρων και ευαίσθητες σε μήκος κύματος από 1 έως 3,7 μέτρα. Έχει μια γωνιακή ανάλυση λίγων λεπτών της μοίρας, που αντιστοιχεί σε μια φυσική κλίμακα περίπου τριών εκατομμυρίων ετών φωτός κατά τη διάρκεια της Σκοτεινής Εποχής. Άλλες προσπάθειες περιλαμβάνουν το Χαμηλής Συχνότητας Δίκτυο κεραιών (LOFAR),το Primeval Structure Telescope (PaST) και στο πιο μακρινό μέλλον το Square Kilometer Array (SKA).

Ανίχνευση του Κοσμικού Μεσαίωνα
Ανιχνεύοντας σε αυτά τα μήκη κύματος, αυτές οι διατάξεις των κεραιών θα εξετάσουν την εκπομπή των 21 εκατοστών σε διαφορετικούς χρόνους στην κοσμική ιστορία. Οι αστρονόμοι τότε θα είναι σε θέση να σχεδιάσουν έναν τρισδιάστατο χάρτη της κατανομής του ουδέτερου υδρογόνου. Θα είναι επίσης σε θέση να παρατηρήσουν τις διακυμάνσεις της πυκνότητας κατά 1 μέρος προς 100.000 (όπως στο υπόβαθρο μικροκυμάτων). Στις θέσεις της μέγιστης πυκνότητας, θα πρέπει να έχουν πάρει σχήμα οι γαλαξίες και να έχουν δημιουργήσει φυσαλίδες ιονισμένου υδρογόνου. Οι φυσαλίδες θα πολλαπλασιαστούν και θα συγχωνευτούν, ξεκαθαρίζοντας τελικά το διαγαλαξιακό χώρο από το ουδέτερο υδρογόνο. Η οξύτητα των ορίων των φυσαλίδων θα απαντήσουν στο ζήτημα εάν ο επαναϊονισμός προκλήθηκε από τα πολύ μεγάλα αστέρια ή από τις μαύρες τρύπες. Τα αστέρια με μεγάλη μάζα έστειλαν το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειάς τους στο υπεριώδες φως, που εύκολα εμποδίζεται από το διαγαλαξιακό υδρογόνο, ενώ οι μαύρες τρύπες παράγουν συνήθως ακτίνες X, οι οποίες εισχωρούν βαθειά μέσα στο αέριο. Έτσι, οι μαύρες τρύπες παράγουν πιο συγκεχυμένα όρια.

Για διάφορους λόγους, ο χάρτης των 21 εκατοστών μπορεί να φέρει περισσότερες πληροφορίες από οποιαδήποτε άλλη έρευνα στην κοσμολογία, περισσότερες και από το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων. Κατ' αρχάς, ενώ η εικόνα του υποβάθρου μικροκυμάτων είναι δισδιάστατη, επειδή δημιουργήθηκε σε μια μόνο στιγμή στον χρόνο (όταν το σύμπαν ψύχθηκε κάτω από 3.000 Κelvin), ο χάρτης των 21 εκατοστών, όπως αναφέρθηκε πιο πάνω, θα είναι πλήρως τρισδιάστατος. Δεύτερον, το υπόβαθρο των μικροκυμάτων είναι κάπως θολό επειδή η απελευθέρωση του δεν εμφανίστηκε συγχρόνως παντού. Το σύμπαν πέρασε από μια περίοδο που δεν ήταν ούτε πλήρως αδιαφανές, ούτε πλήρως διαφανές, σαν μια ομίχλη που διαλύεται βαθμιαία. Κατά τη διάρκεια εκείνης της εποχής, η ακτινοβολία διαχέεται σε κλίμακες μικρής απόστασης, θολώνοντας το λεπτό σχήμα στον ουρανό του υποβάθρου των μικροκυμάτων.

Σε αντίθεση, όταν προέκυψε η ακτινοβολία των 21 εκ. από τα άτομα του υδρογόνου, τίποτα δεν εμπόδισε τη διάδοσή της μέσα στο χώρο, κι έτσι αυτή ανιχνεύει τη κατανομή του αερίου χωρίς τέτοιο θόλωμα. Τρίτον, το υπόβαθρο των μικροκυμάτων φέρνει πληροφορίες για τις διακυμάνσεις της πυκνότητας της ύλης που έσπειραν τους γαλαξίες, ενώ ο χάρτης των 21 εκ. θα απεικονίσει και τους σπόρους των γαλαξιών και την επίδραση που είχαν οι γαλαξίες μόλις σχηματίστηκαν, στα περίχωρά τους.

Για να ανιχνεύσουν το σήμα των 21 εκ., οι παρατηρητές πρέπει να υπερνικήσουν πολυάριθμα εμπόδια. Οι χαμηλής συχνότητας ραδιοφωνικές μεταδόσεις στη Γη πρέπει να φιλτραριστούν. Ακόμη περισσότερο δύσκολο θα είναι να εξεταστεί η ραδιοεκπομπή από το Γαλαξία μας, που είναι 10.000 φορές εντονότερη από το σήμα που εκπέμφθηκε την εποχή του επαναϊονισμού. Ευτυχώς, ο γαλαξιακός θόρυβος είναι κατά προσέγγιση ο ίδιος σε ελαφρώς διαφορετικά μήκη κύματος, αν και το σήμα κυμαίνεται ανάλογα με το μήκος κύματος, που ανακλά τη χωρική δομή από τις ιονισμένες φυσαλίδες. Αυτή η διαφορά κάνει δυνατή την εξαγωγή του σήματος. Οι αστρονόμοι πρέπει να είναι σε θέση να συγκρίνουν τους χάρτες των 21 εκ. με τις εικόνες από όργανα όπως είναι το μελλοντικό διαστημικό τηλεσκόπιο JWST. Οι γαλαξίες που φαίνονται στο υπέρυθρο φως θα πρέπει να συσχετιστούν με τις ιονισμένες φυσαλίδες στο ουδέτερο υδρογόνο.

Εκτός από τις ανωτέρω παρατηρητικές προκλήσεις, παραμένουν αρκετοί στόχοι για τους θεωρητικούς. Το σημαντικότερο είναι ότι χρειάζονται να τρέξουν μεγαλύτερες προσομοιώσεις σε υπολογιστές για να ανιχνεύσουν γεγονότα σε έναν όγκο αρκετά μεγάλο (δισεκατομμύρια έτη φωτός) για να είναι ένα αντιπροσωπευτικό στατιστικό δείγμα του Κόσμου μας και με πολύ υψηλή ανάλυση για να συλλάβει τους νάνους γαλαξίες. Η προσομοίωση, επίσης, πρέπει να επισημάνει τη διάδοση της ακτινοβολίας ιονισμού από τους γαλαξίες μέσω του περιβάλλοντος αερίου, μια διαδικασία που προσομοιώθηκε χωρίς καλή επεξεργασία μέχρι τώρα. Οι παρατηρητές μπορούν να δουν τον επαναϊονισμό καλά προτού να προβλέψουν οι θεωρητικοί τι πρέπει να δουν.

Αυτή η κοινή παρατηρησιακή και θεωρητική προσπάθεια θα πρέπει να ρίξει φως στα διάφορα μυστήρια που σκιάζουν τώρα τη θεωρία του σχηματισμού των γαλαξιών. Πολλές ερωτήσεις αφορούν τις τεράστιες μαύρες τρύπες στα κέντρα των γαλαξιών. Κατά τη διάρκεια της προηγούμενης δεκαετίας οι αστρονόμοι συνειδητοποίησαν ότι σχεδόν κάθε γαλαξίας στο σημερινό σύμπαν, συμπεριλαμβανομένου και του δικού μας Γαλαξία, φιλοξενεί μια υπερβαρεία μαύρη τρύπα. Αυτές οι τρύπες θεωρούνται ότι τροφοδοτούνται με αέριο κατά τις συγχωνεύσεις των γαλαξιών. Κατά τη διάρκεια αυτών των περιόδων αύξησης της μάζας των μαύρων τρυπών, το αέριο που πέφτει μέσα λάμπει πιο λαμπρά από ολόκληρο τον υπόλοιπο γαλαξία, δημιουργώντας έτσι ένα κβάζαρ. Η Ψηφιακή Έρευνα του Ουρανού Sloan έχει αποκαλύψει ότι κβάζαρ με μαύρες τρύπες μάζας περισσότερο από ένα δισεκατομμύριο ηλιακές μάζες υπήρχαν ήδη στην κοσμική εποχή του ενός δισεκατομμυρίων ετών.

Αναπάντητα Ερωτήματα

 * Πώς όμως δημιουργήθηκαν τόσο νωρίς τέτοιες ογκώδεις μαύρες τρύπες;
 * Γιατί σταμάτησαν να αυξάνονται;

Ένα άλλο σύνολο ζητημάτων αφορά την κατανομή του μεγέθους των γαλαξιών. Οι θεωρητικοί νομίζουν ότι η υπεριώδης ακτινοβολία που παράγεται από τους νάνους γαλαξίες κατά τη διάρκεια της εποχής του επαναϊονισμού θέρμανε το κοσμικό αέριο και κατέστειλε το σχηματισμό των νέων γαλαξιών χαμηλής μάζας.
 * Πώς όμως αυτή η καταστολή ξετυλίχτηκε όσο περνούσε ο χρόνος;
 * Ποιοι νάνοι γαλαξίες από αυτούς που βρίσκουμε σήμερα υπήρχαν ήδη στην αρχή του κόσμου;

Αυτές είναι μόνο μερικές από τις πολλές ερωτήσεις οι απαντήσεις των οποίων βρίσκονται στην Σκοτεινή Κοσμική Εποχή.

Ιστογραφία

 * Εκτενής περιγραφή στο άρθρο του Physics4u που είναι μετάφραση του άρθρου του Abraham Loeb στο περιοδικό Scientific American (Νοέμβριος 2006).