اینکه دقیقاً کهکشانهای بیضوی عظیم چگونه شکل میگیرند، سالها یک معمای بزرگ و پایدار بوده است.
آناگرازیا پوگلیسی: «این هم فروتنانه و هم انگیزهبخش است که به این فکر کنیم که هنوز چقدر چیزها برای یادگیری در مورد جهان داریم. من و همکارانم به تازگی به یکی از اسرار دیرینه اخترفیزیک پرداختهایم: اینکه چگونه کهکشانهای بیضوی عظیم میتوانند شکل بگیرند.»
اکنون، برای اولین بار، شواهد رصدی محکمی داریم که پاسخی ارائه میدهد. نتایج ما اخیراً در مجلهی نیچر منتشر شده است.
کهکشانها در جهان امروزی به دو دستهی کلی تقسیم میشوند. کهکشانهای مارپیچی مانند کهکشان راه شیری ما وجود دارند که سرشار از گاز هستند و به طور مداوم در یک دیسک چرخان، ستاره تشکیل میدهند. همچنین کهکشانهای بیضوی وجود دارند که بزرگ و کروی هستند و نه مسطح، شبیه به یک توپ راگبی. دستهی دوم ستارهی جدید تولید نمیکنند، بلکه تحت سلطهی ستارههایی هستند که بیش از ۱۰ میلیارد سال پیش شکل گرفتهاند.
شکلگیری کهکشانهای بیضوی مدتهاست که با مدلهای کیهانشناسی که تکامل جهان را از بیگ بنگ تا کنون توصیف میکنند، به سختی قابل توضیح بوده است. یکی از چالشها این است که تصور میشد تشکیل ستاره در دورهای که کهکشانهای بیضوی شکل گرفتند (۱۰ میلیارد تا ۱۲ میلیارد سال پیش) در داخل دیسکهای چرخان بزرگ، مشابه کهکشان راه شیری خودمان، رخ میداده است.
پس چگونه کهکشانها شکل خود را از دیسکهای مسطح به کهکشانهای بیضوی سهبعدی تغییر دادند؟
مشاهدات با آلما
با تجزیه و تحلیل دادههای آرایهی میلیمتری/زیرمیلیمتری بزرگ آتاکاما (آلما)، ما محلهای تولد کهکشانهای بیضوی غولپیکر را شناسایی کردیم. ما کشف کردیم که کهکشانهای بیضوی محلی میتوانند از طریق دورههای شدید و کوتاهمدت تشکیل ستاره در اوایل جهان شکل بگیرند، بر خلاف شروع به عنوان یک دیسک چرخان و تبدیل شدن به بیضویتر در طول زمان.
مطالعهی ما توزیع گرد و غبار را در بیش از ۱۰۰ کهکشان دوردست بررسی کرد، که میدانیم زمانی که جهان بین ۲.۲ میلیارد تا ۵.۹ میلیارد سال سن داشت، ستارههای زیادی تشکیل میدادند. گرد و غبار نشاندهندهی وجود گاز – مادهای که از آن ستارههای جدید تشکیل میشوند – است و ما را قادر میسازد تا مناطقی را در داخل یک کهکشان که به طور فعال ستارههای جدید تشکیل میدهند، مطالعه کنیم.
با استفاده از یک تکنیک رصدی جدید، دریافتیم که گرد و غبار در این کهکشانهای دوردست بسیار متراکم است و چیزی نیست که از کهکشانهای دیسکی شکل مسطح انتظار داشتیم. علاوه بر این، توانستیم هندسهی سهبعدی مناطق منتشرکنندهی گرد و غبار را استنباط کنیم. این تجزیه و تحلیل نشان میدهد که بیشتر کهکشانهای ستارهساز اولیه در واقع کروی بودند نه دیسکی شکل. در واقع، آنها شباهت زیادی به شکل کهکشانهای بیضوی نزدیک به ما امروزی دارند.
سپس از شبیهسازیهای کامپیوتری کیهانشناسی برای تفسیر نتایج رصدی و درک مکانیسمهای فیزیکی که ممکن است باعث فرورفتن گرد و غبار و گاز به مراکز این کهکشانهای ستارهساز دوردست شده باشد، استفاده کردیم.
تجزیه و تحلیل ما نشان میدهد که عملکرد همزمان جریانهای گاز سرد از کهکشانهای اطراف به همراه برهمکنشها و ادغام کهکشانها میتواند گاز و گرد و غبار را به هستههای متراکم و ستارهساز در داخل این کهکشانها سوق دهد. شبیهسازیها همچنین به ما نشان میدهند که این فرآیند در اوایل جهان رایج بوده و توضیح کلیدی برای شکلگیری سریع کهکشانهای بیضوی ارائه میدهد.
یافتههای ما قطعهی مهمی به این پازل اضافه میکند و درک ما از شکلگیری و تکامل کهکشانها را بهبود میبخشد.
یک تکنیک رصدی جدید
این کشف با یک تکنیک جدید برای تجزیه و تحلیل مشاهدات آلما امکانپذیر شد. دادههای آلما با تصاویری که ما عادت به دیدن آنها از تلسکوپهای نوری داریم متفاوت است. در واقع، آلما با ترکیب سیگنالها از آنتنهای متعددی که به عنوان یک تلسکوپ واحد و غولپیکر با هم کار میکنند، عمل میکند.
این تکنیک به عنوان تداخلسنجی شناخته میشود و در حالی که امکان به دست آوردن تصاویر واضح از کهکشانهای دوردست را فراهم میکند، تجزیه و تحلیل دادهها پیچیدهتر از تصاویر نوری سنتی است. تکنیک جدید ما اندازهگیری دقیقتر توزیع گرد و غبار را در مقایسه با روشهای قبلی امکانپذیر میکند و پیشرفت قابل توجهی در این زمینه ارائه میدهد.
برای این تحقیق، از دادههای آرشیوی و منبع باز آلما که طی چندین سال جمعآوری شده بود، استفاده کردیم. این قدرت دادههای منبع باز، جایی که دانشمندان یافتههای خود را به اشتراک میگذارند، و همکاریهای جهانی در پیشبرد پیشرفتهای علمی را برجسته میکند.
مشاهدات آینده با تلسکوپهای فضایی JWST و اقلیدس، توزیع ستارهها را در اجداد دوردست کهکشانهای بیضوی امروزی بیشتر نقشهبرداری خواهد کرد. و تلسکوپ بسیار بزرگ، با آینهی ۳۹ متری خود، جزئیات بیسابقهای از هستههای ستارهساز در کهکشانهای دوردست ارائه خواهد داد.
علاوه بر این، مشاهدات دقیقتر از دینامیک گاز با آلما و تلسکوپ بسیار بزرگ نشان میدهد که چگونه گاز به سمت مراکز کهکشان حرکت میکند، سوخت تشکیل ستاره را تأمین میکند و کهکشانهایی را که امروزه میبینیم شکل میدهد.
منبع: unexplained-mysteries