کشف نخستین جریان ستارهای خارج از راه شیری | سرنخی تازه برای نقشهبرداری از ماده تاریک
اخترشناسان برای نخستینبار شواهدی از یک جریان ستارهای ناشی از یک خوشه کروی را خارج از کهکشان راه شیری پیدا کردهاند؛ ساختاری کمنور که میتواند به دانشمندان اجازه دهد توزیع ماده تاریک را در کهکشانهای دوردست با روشی تازه بررسی کنند.
به گزارش شهرآرانیوز؛ این ساختار در کهکشان فوقپراکنده UGC ۹۰۵۰-Dw۱، در فاصله حدود ۳۵.۲ مگاپارسک، معادل نزدیک به ۱۱۵ میلیون سال نوری از زمین، در تصاویر عمیق تلسکوپ فضایی هابل شناسایی شده است. پژوهشگران میگویند این نخستین مورد شناختهشده از یک جریان ستارهای متعلق به یک خوشه کروی در خارج از راه شیری است.
جریان ستارهای چیست؟
جریانهای ستارهای زمانی شکل میگیرند که گرانش یک کهکشان، ستارههای یک سامانه کوچکترِ در حال گردش، مانند یک خوشه کروی، را بهتدریج از آن جدا میکند. ستارههای جداشده در امتداد مسیر حرکت خوشه پخش میشوند و ساختاری باریک و کشیده به وجود میآورند.
این فرایند که به کندهشدن کشندی (tidal stripping) معروف است، میتواند ردی از حرکت و محیط گرانشی کهکشان میزبان را برای مدت بسیار طولانی حفظ کند. به همین دلیل، جریانهای ستارهای برای اخترشناسان مانند ردپایی هستند که میتوان از روی آن اطلاعاتی درباره میدان گرانشی یک کهکشان به دست آورد.
جریانهای حاصل از خوشههای کروی، بهویژه برای مطالعه هاله ماده تاریک اهمیت دارند؛ زیرا شکل و مسیر حرکت آنها به توزیع جرم در اطرافشان حساس است.
هابل چه چیزی پیدا کرد؟
پژوهشگران در تصاویر تلسکوپ فضایی هابل از UGC ۹۰۵۰-Dw۱، یک ساختار باریک و بسیار کمنور را مشاهده کردند که از نزدیکی یک منبع فشرده و شبیه به یک خوشه کروی امتداد پیدا کرده بود.
این ساختار که پژوهشگران نام Oyashio را برای آن انتخاب کردهاند، حدود ۲.۵ کیلوپارسک از مرکز UGC ۹۰۵۰-Dw۱ فاصله دارد. نکته مهم این است که ساختار مشابه در دادههای تلسکوپ Canada–France–Hawaii Telescope (CFHT) نیز دیده شد؛ بنابراین احتمال اینکه این ویژگی صرفاً حاصل یک خطای تصویری یا پردازشی باشد، کاهش مییابد.
پژوهشگران علاوه بر شکل ظاهری جریان، رنگ آن و ارتباط احتمالیاش با منبع فشرده مجاور را نیز بررسی کردند. نتایج این بررسیها با این فرض سازگار بود که این ساختار بقایای ستارهای یک خوشه کروی باشد.
چرا این کشف برای ماده تاریک مهم است؟
یکی از دشوارترین مسائل در مطالعه کهکشانهای کمنور، تعیین مقدار و نحوه توزیع ماده تاریک است. ماده تاریک نور را جذب یا منتشر نمیکند و مستقیماً در تصاویر تلسکوپها دیده نمیشود؛ بنابراین اخترشناسان معمولاً اثر گرانشی آن بر اجرام قابل مشاهده را بررسی میکنند.
کهکشان UGC ۹۰۵۰-Dw۱ از نوع کهکشان فوقپراکنده یا UDG است؛ کهکشانهایی که با وجود جرم ستارهای نسبتاً کم، ابعادی گسترده دارند و روشنایی سطحی آنها بسیار پایین است. همین ویژگی باعث میشود اندازهگیری مستقیم سرعت ستارهها یا چرخش آنها و در نتیجه تعیین توزیع جرم این کهکشانها دشوار باشد.
اما جریان ستارهای میتواند یک ابزار متفاوت در اختیار دانشمندان قرار دهد.
از آنجا که ستارههای جریان تحت تأثیر میدان گرانشی کهکشان حرکت میکنند، شکل و مسیر جریان اطلاعاتی درباره جرم و توزیع آن در کهکشان میزبان در اختیار پژوهشگران قرار میدهد؛ بنابراین حتی اگر خود ماده تاریک دیده نشود، میتوان اثر آن را بر مسیر ستارهها بررسی کرد.
پژوهشگران جرم هاله ماده تاریک را چگونه تخمین زدند؟
تیم پژوهشی برای بررسی این جریان از مدلسازی دینامیکی X-Stream استفاده کرد؛ روشی که شکل مشاهدهشده جریان را با مدلهای دینامیکی مقایسه میکند تا ویژگیهای خوشه مادر و هاله ماده تاریک کهکشان میزبان را محدود کند.
مدلها نشان دادند که جرم اولیه خوشهای که جریان از آن جدا شده، با احتمال ۹۵ درصد کمتر از حدود ۲.۵ میلیون جرم خورشیدی بوده است. این مقدار با تفسیر جریان بهعنوان بقایای یک خوشه کروی سازگار است.
مهمتر از آن، مدلسازی توانست برای نخستینبار از طریق یک جریان ستارهای، محدودیتهایی برای جرم و پروفایل چگالی هاله ماده تاریک یک کهکشان فوقپراکنده ارائه کند.
پژوهشگران مقدار جرم مشخصه هاله را حدود ۱۰¹¹٫۳ جرم خورشیدی به دست آوردند و بر اساس مدل خود، شیب چگالی بخش درونی هاله را نیز حدود ۰٫۹۲ برآورد کردند؛ هرچند این اعداد دارای عدمقطعیت قابل توجهی هستند و نباید آنها را بهعنوان اندازهگیری دقیق و قطعی جرم ماده تاریک در نظر گرفت.
به بیان ساده، این مطالعه نشان میدهد که میتوان از حرکت یک رشته بسیار کمنور از ستارهها برای استنباط ویژگیهای ماده نامرئی اطراف یک کهکشان استفاده کرد.
آیا این یعنی ماده تاریک مستقیماً کشف شده است؟
این پژوهش ماده تاریک را بهصورت مستقیم شناسایی نکرده است. آنچه دانشمندان اندازهگیری کردهاند، ویژگیهای یک جریان ستارهای و اثر میدان گرانشی کهکشان بر آن است. سپس با استفاده از مدلهای دینامیکی، ویژگیهای هاله ماده تاریک استنباط شده است؛ بنابراین اهمیت اصلی کشف، ارائه یک روش جدید برای محدودکردن ویژگیهای ماده تاریک در کهکشانهایی است که مطالعه آنها با روشهای معمول دشوار است. خود پژوهشگران نیز نتیجه را بهعنوان نخستین محدودیت مبتنی بر جریان ستارهای برای هاله یک کهکشان فوقپراکنده معرفی میکنند.
چرا پیش از این چنین جریانی خارج از راه شیری دیده نشده بود؟
جریانهای ستارهای بسیار کمنور هستند. هرچه یک کهکشان دورتر باشد، تشخیص چنین ساختار باریکی در میان نور پسزمینه و دیگر اجرام دشوارتر میشود.
در مورد UGC ۹۰۵۰-Dw۱، حتی خود کهکشان نیز یک سامانه کمنور و پراکنده است. تشخیص Oyashio به تصاویر عمیق هابل و تحلیل دقیق ساختارهای کمروشنایی نیاز داشت.
مطالعه جدید نشان میدهد که پیشرفت در تصویربرداری و روشهای تحلیل داده میتواند امکان یافتن جریانهای مشابه را در کهکشانهای دیگر نیز فراهم کند.
آینده؛ نقشهای بزرگتر از ماده تاریک
این کشف تنها به یک کهکشان محدود نمیماند. اگر جریانهای مشابه در تعداد بیشتری از کهکشانهای خارج از راه شیری پیدا شوند، اخترشناسان میتوانند هالههای ماده تاریک را در محیطها و انواع مختلف کهکشانها با یک روش مشترک مقایسه کنند.
پژوهشگران انتظار دارند تلسکوپهای فضایی Euclid و Nancy Grace Roman در آینده به شناسایی جریانهای ستارهای بیشتری کمک کنند. افزایش تعداد این ساختارها میتواند امکان مطالعه بهتر جرم و چگالی ماده تاریک در کهکشانهای دوردست و همچنین بررسی زیرساختارهای کوچک هالههای ماده تاریک را فراهم کند.
به این ترتیب، رشتهای کمنور از ستارهها که در فاصله حدود ۱۱۵ میلیون سال نوری از زمین قرار دارد، میتواند به یکی از ابزارهای تازه اخترشناسان برای بررسی بخش نامرئی کیهان تبدیل شود.
منبع اصلی: مقاله پژوهشی منتشرشده در مجله Nature با عنوان Evidence for the first globular cluster stellar stream beyond the Milky Way، منتشرشده در ۱۲ اوت ۲۰۲۶.
ارسال نظرات
دیدگاه های ارسال شده توسط شما، پس از تائید توسط شهرآرانیوز در سایت منتشر خواهد شد.
نظراتی که حاوی توهین و افترا باشد منتشر نخواهد شد.
