Ta smukła kosmiczna nić jest tylko „żyłką” zatopioną w znacznie grubszej, liczącej ponad 280 galaktyk strukturze tworzącej część tzw. kosmicznej pajęczyny, czyli wielkoskalowego szkieletu Wszechświata. W standardowym obrazie kosmosu takie filamenty są raczej drogami, po których materia spływa do gęstszych węzłów, niż wielkimi wirującymi obiektami. Tymczasem nowa obserwacja sugeruje, że ten konkretny fragment sieci nie tylko porządkuje ruch galaktyk, ale sam obraca się niczym gigantyczny wał.
Dla kosmologów to kłopotliwa wiadomość. Dotychczas zakładano, że na tak dużych skalach ruch materii jest zdominowany przez powolne spływanie w stronę gromad galaktyk, a nie przez uporządkowany obrót. Jeśli tak cienkich, wirujących włókien jest we Wszechświecie więcej, trzeba będzie ponownie przyjrzeć się temu, jak w ogóle powstaje kosmiczny „wiatraczek”, który nadaje galaktykom ich obrót.
Największa karuzela we Wszechświecie
Kluczem do tej historii jest wodór. Zespół badawczy skorzystał z południowoafrykańskiego radioteleskopu MeerKAT oraz przeglądu MIGHTEE, aby śledzić emisję neutralnego wodoru (tzw. HI) w galaktykach tworzących tę nić. Dopełnieniem były dane optyczne z instrumentu DESI i przeglądu Sloan Digital Sky Survey, które pozwoliły precyzyjnie zmierzyć odległości i ruch galaktyk.
Wyniki okazały się zaskakująco spójne. Galaktyki po jednej stronie włókna w większości oddalają się od nas szybciej, po przeciwnej zbliżają się nieco bardziej. Z różnic prędkości badacze wywnioskowali, że cała struktura obraca się z prędkością rzędu 110 kilometrów na sekundę, czyli około 400 tysięcy kilometrów na godzinę. To tak, jakby ktoś zakręcił kosmicznym sznurkiem, na którym nawleczono galaktyczne koraliki.
Jednocześnie pojedyncze galaktyki nie są w tym tańcu bierne. Analizy osi ich obrotu pokazały, że wiele z nich kręci się w tym samym kierunku, co cały filament. Co więcej, stopień tego wyrównania jest wyraźnie większy, niż przewidują współczesne symulacje kosmologiczne oparte na standardowym modelu z dominującą ciemną materią.
Jedna z autorek porównała to do znanej z wesołych miasteczek karuzeli z filiżankami. Każda filiżanka obraca się wokół własnej osi, ale jednocześnie kręci się cała platforma. W tym przypadku filiżankami są galaktyki, a obracającą się platformą, nitka kosmicznej pajęczyny.
Co na to modele Wszechświata?
Sama idea, że kosmiczne filamenty mogą się obracać, nie jest zupełnie nowa. Kilka lat temu niezależne zespoły pokazały, że duże, setkomilionolatświetlne struktury złożone z ciemnej materii i galaktyk wykazują oznaki rotacji, co czyni je jednymi z największych wirujących obiektów we Wszechświecie. Nowy wynik idzie krok dalej: nie tylko filament się kręci, ale jego ruch jest bezpośrednio powiązany ze spinem wbudowanych galaktyk.
W standardowym scenariuszu galaktyki powstają z zapadających się obłoków gazu. Niewielkie asymetrie grawitacyjne i bliskie mijanki z innymi strukturami nadają im stopniowo moment pędu. Symulacje sugerowały, że środowisko kosmicznej sieci oczywiście ma znaczenie, ale wpływ na ostateczny kierunek obrotu nie powinien być aż tak dramatyczny. Tutaj widać jednak mocne „podpięcie” obrotu galaktyk pod ruch całej nitki, jakby ktoś włączył silnik na poziomie większym niż pojedyncza galaktyka.
Dodatkowo galaktyki w tej strukturze są bogate w gaz i mają stosunkowo „chłodne” ruchy wewnętrzne, co sugeruje, że znajdują się na wczesnym etapie ewolucji. Nie są jeszcze porządnie „przemieszane” przez zderzenia i zaburzenia grawitacyjne, więc odcisk ruchu kosmicznej sieci zachował się w nich wyjątkowo wyraźnie. To trochę jak patrzenie na ślady na świeżym śniegu zamiast na deptak po całym dniu ferii.
Jeśli takie układy okażą się powszechne, może to oznaczać, że nasze symulacje nie doszacowują roli przepływów materii wzdłuż filamentów albo np. wpływu samej ciemnej materii na rozdział momentu pędu. Nie jest to jeszcze rewolucja, ale wyraźny sygnał, że model „galaktyka jako samotny wirujący dysk” jest po prostu zbyt prosty.
W tej historii najbardziej podoba mi się to, że pokazuje Wszechświat jako całość dużo bardziej skoordynowaną, niż lubimy sobie wyobrażać. Jesteśmy przyzwyczajeni do myślenia w kategoriach pojedynczych galaktyk, ich zderzeń, czarnych dziur pośrodku. Tutaj nagle okazuje się, że galaktyka jest tylko jednym z „wagoników” podpiętych do ogromnej, wirującej struktury, która dyktuje jej rytm ruchu.
Z perspektywy obserwatora na Ziemi te 5,5 miliona lat świetlnych to abstrakcyjna liczba. Dla porównania, całej naszej Drodze Mlecznej przypisuje się średnicę około 100 tysięcy lat świetlnych, więc ta nić jest ponad pięćdziesiąt razy dłuższa niż nasza galaktyka. A i tak jest tylko cienkim włosem w znacznie większej, 50-milionolatświetlnej strukturze. Jeśli nawet takie „włoski” potrafią wirować w uporządkowany sposób, to faktycznie zaczynamy dopiero uczyć się choreografii kosmicznego baletu.
Przy okazji to odkrycie pokazuje też, jak szybko zmienia się astronomia obserwacyjna. Jeszcze kilka lat temu rotacja filamentów była czystą spekulacją, wyciąganą z symulacji komputerowych. Teraz dzięki niezwykle czułym radioteleskopom, takim jak MeerKAT, potrafimy śledzić ruch zimnego wodoru w galaktykach tak dokładnie, że widzimy nie tylko ich własny obrót, ale i to, jak wpisują się w ruch struktury na dziesiątki milionów lat świetlnych. To otwiera drogę do kolejnych podobnych odkryć, zwłaszcza że w kolejce czekają już jeszcze potężniejsze instrumenty, z planowanym radioteleskopem SKA na czele.
Mam wrażenie, że za kilka lat będziemy patrzeć na ten wynik jak na pierwszy dobrze udokumentowany przykład zjawiska, które okaże się „normą”, a nie kosmiczną ciekawostką. I być może wtedy na pytanie „skąd galaktyki biorą swój spin?” będziemy odpowiadać znacznie prościej: z prądu, w którym płyną.