اخترشناسان رودخانهای شبحوار از ستارهها کشف کردند که میتواند راز ماده تاریک را آشکار کند
به گزارش بیگ بنگ، یک نوار باریک و شبحوار از ستارهها که در اطراف یک کهکشان کمنور در فاصله ۱۱۵ میلیون سال نوری از زمین پیچیده شده، راهی تازه و نادر در اختیار اخترشناسان قرار داده تا یکی از مرموزترین اجزای جهان، یعنی ماده تاریک، را بررسی کنند.
این ساختار باریک، کهکشان UGC 9050-Dw1 را احاطه کرده است؛ یک کهکشان فوقپراکنده که حدود ۱۱۵ میلیون سال نوری با زمین فاصله دارد. پژوهشگران میگویند این نخستین جریان ستارهای شناختهشده از یک خوشه کروی در کهکشانی دیگر است و به این ترتیب، روشی قدرتمند برای مطالعه گرانش و ماده تاریک را از کهکشان خودمان به نقاط بسیار دورتر کیهان گسترش میدهد.
این کشف که در مجله Nature منتشر شده، حاصل همکاری یک تیم بینالمللی از پژوهشگران است. “تیسکه استارکنبورگ” از دانشگاه نورثوسترن، “جولی کیل هولم” از دانشگاه کپنهاگ و “سارا پیرسون” از دانشگاه فنی دانمارک از جمله دانشمندانی هستند که در این پژوهش نقش داشتهاند.
اما اهمیت این کشف فقط به پیدا شدن تعدادی ستاره سرگردان محدود نمیشود. شکل این جریان ستارهای اطلاعاتی درباره میدان گرانشی محیطی که ستارهها از آن عبور کردهاند، در خود حفظ کرده است؛ در واقع این ساختار مانند ردی قابل مشاهده از جرمی عمل میکند که خودش قابل مشاهده نیست.
جریان ستارهای چگونه ماده تاریک پنهان را آشکار میکند؟
تیسکه استارکنبورگ، یکی از نویسندگان پژوهش، میگوید ستارههای یک جریان ستارهای تقریباً در امتداد یک مدار مشترک حرکت میکنند و شکل این مدار را گرانش کهکشان تعیین میکند.
بنابراین اخترشناسان میتوانند با مدلسازی این میدان گرانشی، جرم کل کهکشان را تخمین بزنند. از آنجا که تقریباً میدانیم چه مقدار از این جرم مربوط به ماده قابل مشاهده، مانند ستارهها، است، بخش باقیمانده میتواند به ماده تاریک نسبت داده شود.
خوشههای کروی گروههایی متراکم از تعداد زیادی ستاره هستند که بهوسیله گرانش در کنار یکدیگر نگه داشته میشوند. اما حتی این خوشهها نیز نمیتوانند برای همیشه در برابر گرانش کهکشانی که در اطراف آن میچرخند مقاومت کنند.
در طول زمان، گرانش کهکشان میتواند تعدادی از ستارههای یک خوشه را از آن جدا کند. این ستارههای جداشده معمولاً بهجای پراکنده شدن در همه جهات، همچنان نزدیک به مدار اصلی خوشه باقی میمانند و بهتدریج به شکل رشتههایی باریک و کشیده در پشت و جلوی خوشه درمیآیند.
این ساختارها میتوانند میلیاردها سال دوام بیاورند.
چگونه یک خوشه ستارهای به «رودخانهای از ستارهها» تبدیل میشود؟
همین حرکت منظم است که جریانهای ستارهای را به ابزارهایی ارزشمند برای اخترشناسان تبدیل میکند. از آنجا که مسیر حرکت این ستارهها تحت تأثیر میدان گرانشی کهکشان قرار دارد، شکل و مسیر جریان میتواند نحوه توزیع جرم در کهکشان را آشکار کند؛ حتی جرمی که مستقیماً دیده نمیشود.
اخترشناسان تاکنون دهها جریان ستارهای متعلق به خوشههای کروی را در کهکشان راه شیری شناسایی کردهاند. اما پیدا کردن ساختاری مشابه در کهکشانی دیگر بسیار دشوارتر است، زیرا جریانهای ستارهای دوردست درخشندگی سطحی بسیار پایینی دارند و تقریباً در پسزمینه کیهانی محو میشوند.
اما UGC 9050-Dw1 شرایطی غیرمعمول و بسیار مناسب برای چنین کشفی داشت. پژوهشگران پیشتر با استفاده از دادههای آرشیوی تلسکوپ فضایی هابل این کهکشان را بررسی کرده بودند. هنگامی که یکی از اعضای تیم، دیوید هندل، تصاویر منتشرشده از این کهکشان را بررسی میکرد، متوجه ساختاری باریک و خمیده شد که شباهت بسیار زیادی به یک جریان ستارهای داشت.
هابل رودخانهای از ستارهها را در اطراف UGC 9050-Dw1 پیدا کرد
ماهیت پراکنده این کهکشان یکی از دلایلی بود که امکان کشف این ساختار کمنور را فراهم کرد. کهکشانهای فوقپراکنده تعداد نسبتاً کمی ستاره را در منطقهای بسیار وسیع پخش کردهاند و به همین دلیل پسزمینهای بسیار کمنور ایجاد میکنند. در چنین شرایطی، یک جریان ستارهای فوقالعاده کمنور میتواند راحتتر خودش را نشان دهد.
UGC 9050-Dw1 پیش از این نیز جرم جالبتوجهی برای اخترشناسان بود. پژوهشهای قبلی با استفاده از دادههای هابل و رصدهای رادیویی نشان داده بودند که این کهکشان ظاهری نامنظم دارد، یک دنباله ستارهای بزرگ در آن دیده میشود و تعداد غیرمعمولی خوشه کروی در خود جای داده است.
برآوردها نشان میدهند که این کهکشان حدود ۵۲ خوشه کروی دارد و این خوشهها تقریباً ۲۰ درصد از کل نور کهکشان را تولید میکنند. ساختار عجیب این کهکشان حتی باعث شده اخترشناسان احتمال دهند که UGC 9050-Dw1 ممکن است بقایای ادغام دو کهکشان کوتوله یا حاصل نوع دیگری از برهمکنش شدید کهکشانی باشد.
وجود این تعداد زیاد خوشه کروی، کشف جریان ستارهای جدید را کمی قابلانتظارتر میکند؛ اما اهمیت آن را کاهش نمیدهد.
ماده تاریک چیست؟
ماده تاریک حدود ۸۵ درصد از کل ماده موجود در جهان را تشکیل میدهد، اما برخلاف ماده معمولی، نور را به شکلی که تلسکوپهای معمولی بتوانند مستقیماً تشخیص دهند، گسیل، جذب یا بازتاب نمیکند.
بنابراین ما ماده تاریک را مستقیماً نمیبینیم؛ بلکه وجود آن را از طریق اثر گرانشیاش بر ستارهها، کهکشانها و ساختارهای بزرگ کیهانی استنباط میکنیم. جریانهای ستارهای میتوانند یکی از حساسترین ابزارها برای ردیابی همین اثر گرانشی باشند.
استفاده از جریانهای ستارهای برای نقشهبرداری از ماده تاریک
پس از شناسایی این ساختار در اطراف UGC 9050-Dw1، پژوهشگران هزاران شبیهسازی کامپیوتری انجام دادند. آنها ویژگیهای خوشه کروی اولیه و نحوه توزیع ماده در سراسر کهکشان را تغییر دادند و سپس جریانهای ستارهای شبیهسازیشده را با کمانی که در تصاویر واقعی دیده میشد، مقایسه کردند.
شکل، رنگ و ارتباط ظاهری جریان با یک جرم فشرده همگی از این نتیجه پشتیبانی کردند که این جریان در اصل از یک خوشه کروی به وجود آمده است. مدلها همچنین نشان دادند که این کهکشان احتمالاً درون یک هاله عظیم ماده تاریک قرار دارد. به گفته پژوهشگران، این نخستین بار است که ویژگیهای هاله ماده تاریک یک کهکشان فوقپراکنده با استفاده از یک جریان ستارهای محدود میشود.
جولی کیل هولم میگوید نتایج با پژوهشهای قبلی درباره ماده تاریک در این کهکشان سازگار هستند؛ اما این بار دانشمندان از ابزاری کاملاً جدید برای بررسی این نوع کهکشانها استفاده کردهاند و نشان دادهاند که این روش تنها به کهکشان راه شیری محدود نیست.
جریانهای ستارهای میتوانند آزمایشگاه جدیدی برای ماده تاریک باشند
اهمیت این کشف از آن جهت بیشتر میشود که کهکشانهای فوقپراکنده به یکی از محیطهای مهم برای آزمایش نظریههای مربوط به ماده تاریک تبدیل شدهاند. با وجود ظاهر بسیار کمنورشان، این کهکشانها میتوانند ویژگیهای بسیار متفاوتی از نظر مقدار و توزیع ماده تاریک داشته باشند و هنوز بحثهای زیادی درباره نحوه شکلگیری و تکامل آنها وجود دارد.
جریان ستارهای جدید میتواند روشی مستقل برای بررسی این جرم پنهان در اختیار دانشمندان قرار دهد. اما اندازهگیری جرم کلی کهکشان تنها کاربرد این جریانها نیست. اگر یک جریان ستارهای به اندازه کافی باریک باشد، میتواند مانند یک آشکارساز کیهانی عمل کند.
برای مثال، اگر یک توده فشرده از ماده تاریک از نزدیکی جریان عبور کند یا از درون آن بگذرد، گرانش آن میتواند مسیر ستارهها را مختل کند و در جریان، شکافها، تجمعات یا بینظمیهای خاصی ایجاد کند. استارکنبورگ میگوید جریانهای باریک ستارهای میتوانند زمانی که تودههای کوچک ماده تاریک از میان آنها عبور میکنند، شکافها یا تجمعاتی در خود ایجاد کنند.
اخترشناسان مدتهاست درباره اینکه آیا چنین پدیدهای واقعاً در جریانهای ستارهای کهکشان راه شیری دیده شده یا نه، بحث میکنند. اگر مشخص شود این ساختارها واقعاً نتیجه عبور تودههای ماده تاریک هستند، دانشمندان به روشی کاملاً جدید برای بررسی نحوه توزیع ماده تاریک و در نهایت شناخت ماهیت بنیادی آن دست پیدا خواهند کرد.
ماده تاریک ممکن است روی جریانهای ستارهای «جای زخم» باقی بگذارد
نظریههای مختلف درباره ماهیت ماده تاریک، پیشبینیهای متفاوتی درباره مقدار و نحوه توزیع ساختارهای کوچک ماده تاریک دارند. به همین دلیل، جریانهای ستارهای میتوانند ماده تاریک را در مقیاسهایی بررسی کنند که مطالعه آنها با استفاده از کل یک کهکشان بسیار دشوار است.
پژوهشگران در سالهای اخیر روشهایی را توسعه دادهاند که به کمک آنها میتوان اطلاعات مربوط به ساختار هاله ماده تاریک را از جریانهای ستارهای اطراف کهکشانهای دیگر استخراج کرد. البته در حال حاضر UGC 9050-Dw1 تنها یک نمونه است.
اگر اخترشناسان بتوانند جریانهای ستارهای بیشتری در اطراف کهکشانهای دیگر پیدا کنند، میتوانند محیطهای ماده تاریک در کهکشانهای مختلف را با یکدیگر مقایسه کنند؛ بهجای اینکه عمدتاً به تنها نمونه نزدیک خودمان، یعنی راه شیری، تکیه کنند. و این فرصت ممکن است بهزودی بسیار گستردهتر شود.
تلسکوپهای جدید به دنبال این رودخانههای شبحوار خواهند رفت
مأموریت اقلیدس آژانس فضایی اروپا و تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن ناسا برای بررسی بخشهایی بسیار وسیعتر از آسمان نسبت به هابل طراحی شدهاند. بهویژه تلسکوپ رومن از گزینههای بسیار امیدوارکننده برای جستوجوی جریانهای ستارهای خوشههای کروی در کهکشانهای نزدیک و همچنین یافتن اختلالات کوچک درون این ساختارها محسوب میشود.
استارکنبورگ میگوید کشف یک جریان ستارهای باریک در اطراف کهکشانی غیر از کهکشان خودمان، آن هم با استفاده از دادههای از قبل موجود تلسکوپ فضایی هابل و تأیید آن با تلسکوپهای زمینی، بسیار هیجانانگیز است. این موضوع برای نسل جدید تلسکوپها بسیار امیدوارکننده است؛ از جمله تلسکوپ فضایی رومن که میتواند منطقهای از آسمان را با وسعتی حدود ۱۰۰ برابر میدان دید هابل بررسی کند.
اگر این جریانهای ستارهای بیشتری کشف شوند، شاید همین نوارهای باریک و تقریباً نامرئی از ستارهها بتوانند به یکی از مهمترین ابزارهای ما برای نقشهبرداری از مادهای تبدیل شوند که خودمان هرگز مستقیماً نمیتوانیم ببینیم. جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Nature منتشر شده است.
سایت علمی بیگ بنگ / منبع: scitechdaily.com
لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=109912
