Avastati universumi suurimad pöörlevad struktuurid

Kaardistades galaktikate liikumist kosmilist võrgustikku ühendavates tohututes filamentides, leidsid astronoomid Leibnizi nimelisest Potsdami Astrofüüsika Instituudist (AIP) koostöös Hiina ja Eesti teadlastega Tartu Ülikooli Tartu observatooriumist, et need pikad galaktikate väädid pöörlevad sadade miljonite valgusaastateni ulatuvates mastaapides. Nii määratus mõõtkavas ei ole pöörlemist kunagi varem nähtud. Ajakirjas Nature Astronomy” avaldatud tulemused näitavad, et impulsimomenti võidakse genereerida seninägematus mõõtkavas.

Kosmilised filamendid on galaktikatest ja tumeainest koosnevad hiigelpikad sillad, mis ühendavad galaktikaparvi üksteisega. Need suunavad galaktikaid oma otstes paiknevate suurte parvede poole. „Kaardistades galaktikate liikumist nendel kosmilistel superkiirteedel sadu tuhandeid galaktikaid hõlmava Sloani digitaalse taevaülevaate põhjal, leidsime, et neil filamentidel on tähelepanuväärne omadus: nad ka pöörlevad,” ütles Peng Wang, AIP astronoom ja äsja avaldatud uurimuse esimene autor. „Hoolimata sellest, et need väädid on peened silindrid – oma mõõtudelt pliiatsi sarnased, olles sadu miljoneid valgusaastaid pikad ja vaid mõne valgusaasta paksused –, need fantastilised moodustised pöörlevad,” lisas Noam Libeskind (AIP), projekti algataja. „Sellises mõõtkavas on galaktikad nende sees nagu tolmukübemekesed. Nad liiguvad mööda kruvijoont ehk korgitsa taolistel orbiitidel, tiireldes filamendi kesktelje ümber samal ajal mööda filamenti edasi liikudes. Sellist pöörlemist ei ole nii tohututes mastaapides kunagi leitud ning sellest järeldub, et peab leiduma mingi senitundmatu füüsikaline mehhanism, mis paneb need objektid niimoodi väänlema.”

Pöörlemist põhjustava pöördeimpulsi tekkimine kosmoloogilises kontekstis on üks kosmoloogia seni lahendamata võtmeprobleeme. Struktuuri tekke standardmudelis kasvavad varases universumis leiduvad ületihedused tänu gravitatsioonilisele ebastabiilsusele, kui aine voolab väiksema tihedusega piirkondadest tihedamatesse. Selline potentsiaali vool on mittepöörlev ehk pöörisevaba: varases universumis ei toimu ürgset pöörlemist, pöörlemine kutsutakse esile struktuuride tekkides. Kosmiline võrgustik üldiselt ja eriti filamendid on tihedalt seotud galaktikate tekkimise ja evolutsiooniga. Need mõjutavad tugevalt galaktikate pöörlemist, määrates sageli suunda, milles galaktikad ja nende tumeainest halod pöörlevad. Ometi ei ole teada, kas meie praegune arusaamine struktuuri tekkest ennustab, et filamendid ise – kollapseerumata kvaasilineaarsed objektid – peaksid pöörlema.

Teoreetilisest oletusest, et filamendid võivad pöörelda, motiveeritult vaadati äsja avaldatud uurimuses läbi galaktikate vaadeldud jaotus, leidmaks võimalikku filamentide pöörlemist. Keeruka meetodi abil segmenteeriti vaadeldud galaktikate jaotus filamentideks. Iga filamenti lähendati ristkülikuga taevas ja nii jagati selle sees olevad galaktikad kahte piirkonda kummalgi pool filamendi kesktelge, et mõõta keskmist punanihete erinevust nende kahe piirkonna vahel. Keskmine punanihete erinevus esindab vaatekiiresuunaliste kiiruste erinevust ning seeläbi filamenditoru eemalduval ja läheneval küljel asuvate galaktikate Doppleri nihet, millest omakorda järeldub filamendi pöörlemine. Uurimus näitab, et sõltuvalt vaatenurgast ja lõpp-punkti massist ilmutavad universumi filamendid selgelt pöörlemisega kooskõlas olevaid signaale.

Galaktikate liikumisega universumis kaasnevad aine voolud suuremas mastaabis. Massi ja kiiruse voolud kulgevad tavaliselt hierarhilisel viisil: kõigepealt kollapseerub aine mööda tihenemise peatelge, moodustades suuri kosmilisi seinu. Seejärel voolab aine seina tasandis mööda vahepealse tihenemise telge ja moodustab filamente. Lõppstaadium on mittesfäärilise anisotroopse tiheduse häirituse täielik dimensionaalne kollaps, mille käigus aine langeb kokku ja voolab mööda filamendi telgi, moodustades galaktikaparvi. „Sellise aine voolamise mudeli põhjal võiks arvata, et filamentide pöörlemine tekib kokkusurumise teisel astmel mööda tihenemise vahepealset telge. Teiste sõnadega, me oletame, et liikumine piki filamenti jääb ikka lineaarseks, kuid risti filamendi teljega on liikumine mittelineaarne,” selgitas Wang. „Väiksemad galaktikad, mis asuvad suurte galaktikate vahelistes alades, akreteeritakse kaht suuremat galaktikaparve ühendavale filamendile ja seejärel mööda neid endid ühendavat joont. Eeldusel, et filamente võib lähendada silindriliste väätidega, tekitaks selline ainevool loomulikul viisil pöörlemise ümber filamendi telje, millele järgneb kruvijooneline liikumine.”

Loe ka AIP pressiteadet

Tutvu teaduspublikatsiooniga

Lisateave: Elmo Tempel, Galaktikate füüsika ja kosmoloogia osakonna juhataja ning astronoomia professor, elmo.tempel@ut.ee, 737 4534