De ce se rotesc galaxiile? Această întrebare îi preocupă pe astronomi de când și-au dat seama că materia prezentă în ele nu ar cauza un efect de genul. Întrebarea are deja 100 ani, de când s-a descoperit că petele cețoase și vârtejurile vizibile pe cerul nocturn sunt galaxii separate de Calea Lactee. Experții au găsit în sfârșit dovezi convingătoare cu privire la unul dintre factorii care au pus galaxiile în mișcare: interacțiunile gravitaționale turbulente, care își au originea în universul tânăr.

Cel puțin o parte din rotația galaxiilor provine din acele interacțiuni gravitaționale pe care aglomerările de gaz și de materie întunecată le-au exercitat asupra aglomerărilor învecinate cu peste 13,6 miliarde ani în urmă, înainte de formarea primelor galaxii, se relatează în revista Nature Astronomy. Cunoașterea legăturii dintre galaxiile prezente și turbulența străveche îi poate ajuta pe cercetători să înțeleagă cu precizie ce s-a întâmplat în acea epocă îndepărtată. Cercetătorii au reușit să demonstreze în mod convingător existența urmelor rămase ale rotațiilor antice, spune Pablo López, astronom la Universitatea Națională din Córdoba.

În universul tânăr, substanța misterioasă cunoscută sub numele de materie întunecată a început să se aglomereze în zone majore, un efect numit halouri. Atracția gravitațională a acestora a atras gaze, ceea ce a declanșat formarea galaxiilor. Teoreticienii încearcă de zeci de ani să explice modul în care acest proces ar fi putut conferi rotație galaxiilor nou-formate. Conform unei ipoteze din 1969, cauza era faptul că halourile aflate în formare se atrăgeau reciproc prin forțe gravitaționale. Dacă un halou avea o formă alungită sau s-a alungit ulterior, atunci capătul cel mai apropiat de vecin exercita o atracție mai puternică decât capătul mai îndepărtat. Această atracție inegală – forță de maree – putea exercita un impuls de rotație.

Susținătorii așa-numitei teorii a „cuplului de maree” au presupus că odată ce un halou începe să se rotească, galaxiile formate din acesta se vor roti și ele, iar această rotație s-a menținut până în zilele noastre. Alții susțin că procesul haotic de creștere și evoluție a galaxiilor – incluzând numărul imens de coliziuni și fuziuni dintre ele – a șters aceste urme inițiale. Potrivit lui López, există un consens curent, conform căruia ambele puncte de vedere sunt parțial adevărate: cea mai mare parte a rotației provine din fuziuni, dar au rămas și urme de rotație din mișcările inițiale.

Ipoteza a fost testată, Ming-Jie Sheng, cercetător la Universitatea din Xiamen a încercat să calculeze ce fel de rotație s-ar fi putut forma în univers, în halele primordiale din vecinătatea noastră. Au folosit harta 3D locală creată de Sloan Digital Sky Survey (SDSS), apoi au simulat distribuția în universul tânăr a acelor proto-halouri care ar fi dus la dispunerea galaxiilor vizibile astăzi. Această distribuție nu ne spune nimic despre forma și orientarea protohalelor, așa că echipa de cercetători a rezolvat problema folosind forțele de maree substitute.

„Lucrările noastre anterioare de simulare am demonstrat că această aproximare reproduce extrem de bine direcția de rotație, așa că am avut încredere că o putem aplica observațiilor”, spune Hao-Ran Yu, membru al echipei. Eduard Salvador Solé, cosmolog observațional la Universitatea din Barcelona, este de acord cu această abordare: „Această aproximare empirică nu produce o problemă fundamentală, iar concluziile trase din ele par corecte.”

După ce au simulat direcțiile și amplitudinile de rotație primordiale, echipa a analizat dacă galaxiile din universul local se încadrează în continuare în acest model. Pentru a verifica acest aspect, au fost utilizate datele unui alt studiu SDSS, care a reușit să detecteze deplasările lungimilor de undă ale luminii emise de stele și gaze din interiorul galaxiilor, dezvăluind cât de repede se apropie sau se îndepărtează de noi. Acest lucru le-a permis cercetătorilor să estimeze viteza de rotație a peste 1.600 galaxii. Eșantionul mare a fost esențial, spune Yu, deoarece urmele rotațiilor inițiale sunt foarte slabe.

Modelul de rotație observat de cercetători în universul local s-a potrivit foarte bine cu ipoteza veche, într-o măsură atât de mare încât este extrem de improbabil ca să fie o coincidență statistică. „Rezultatele noastre oferă dovezi observaționale solide că momentele de maree antice au lăsat o amprentă măsurabilă asupra rotației galaxiilor actuale”, spune Yu. Dar aceste urme se resimt în prezent dor într-o măsură de 13%.

Ue-Li Pen, expertul de la Universitatea din Toronto care a participat la cercetare, speră că dacă rezultatul va fi confirmat, această legătură directă între rotația galaxiilor actuale și distribuția masei în universul timpuriu să îi ajute pe astronomi să descopere și alți parametri cosmologici greu de cuantificat, cum ar fi masa neutrinelor. „S-a descoperit că și neutrinii exercită o forță de maree asupra materiei, iar amploarea acestuia depinde de masa sa”, spune Pen. „Sperăm că acest lucru va oferi metode noi, destul de directe, de măsurare a efectului gravitațional al unor fenomene foarte greu de detectat.”