10 دقیقه
تاریکی میتواند بلند سخن بگوید. در دل یک خوشهٔ کهکشانی پرجمعیت، نجوا و نور بسیار ضعیفی — که درخشانیاش از چند ستارهٔ فشرده بالاتر نیست — ممکن است یکی از قویترین نامزدها برای یک کهکشان تاریک تا به امروز را فاش کرده باشد. این نوع کشف نشاندهندهٔ آن است که گاهی ساختارهای کهکشانی بسیار کمنور یا تقریباً بدون ستاره را تنها میتوان از طریق اثرات غیرمستقیم آنها شناسایی کرد.
اکثر مردم کهکشانها را بهعنوان جزیرههایی درخشان از ستارهها تصور میکنند. با این حال، برخی سامانهها محتوای ستارهای خود را آنچنان پنهان میکنند که در برابر زمینهٔ کیهانی تقریباً نامرئی بهنظر میرسند. این کهکشانهای کمسطحنور یا تقریباً تاریک، روشهای آشکارسازی ما و همچنین ایدههایمان دربارهٔ شکلگیری و پایداری کهکشانها را به چالش میکشند. شیء موسوم به CDG-2 که در خوشهٔ پرسئوس (Perseus)، در فاصلهٔ حدود ۳۰۰ میلیون سال نوری، شناسایی شده است، بهدلیل این برجستگی توجه را جلب میکند که نه بهوسیلهٔ نور پراکندهٔ ستارهایاش بلکه از راه خوشههای ستارهای فشردهٔ مداریاش—خوشههای کروی یا گلوبولار—شناسایی شد.
یافتن یک کهکشان از طریق خوشههای کروی ستارهای
خوشههای کروی یا گلوبولار مجموعههایی متراکم و تقریباً کروی از ستارهها هستند که تحت نیروی جاذبهٔ متقابل خود نگه داشته میشوند و گاهی حاوی میلیونها ستارهاند. این خوشهها اغلب در هالههای کهکشانها قرار دارند و بهعنوان بازماندههایی از دورههای اولیهٔ تشکیل ساختارها شناخته میشوند. ویژگیهای فشردگی و روشنایی نسبی آنها باعث میشود که در تصاویر چشمی و دادههای عمیق قابل تشخیص باشند، حتی وقتی که میزبانشان خود بسیار کمنور یا پنهان است.
مطالعهٔ جدید، به سرپرستی دایی (David) لی، پژوهشگر پسادکتری در آمار و اخترفیزیک در دانشگاه تورنتو، به دنبال خوشههای گلوبولار با تجمعهای غیرمعمولاً فشرده در دادههای بررسی عمیق رفت. تیم پژوهشی مشاهدات تلسکوپ فضایی هابل، ماموریت اقلیدس (Euclid) آژانس فضایی اروپا، و تلسکوپ زمینی سوبارو (Subaru) را با هم ترکیب کرد تا به دنبال این تجمعهای نشانگر بگردد. ترکیب دادهها از این سه منبع، هم دید با رزولوشن بالا را فراهم میکند و هم میدان دید وسیع و عمق فوتومتری لازم برای یافتن آثار پراکندهٔ زیرآستانهٔ آشکارسازی مستقل هریک از تلسکوپها را.
کهکشان کمسطحنور CDG-2، درون دایرهٔ قرمز خطچین در سمت راست، غالباً تحت تسلط مادهٔ تاریک است و تنها پراکندگی کمی از ستارهها را نشان میدهد. تصویر کامل از تلسکوپ فضایی هابل در سمت چپ قرار دارد. (NASA, ESA, D. Li (Utoronto)، پردازش تصویر: J. DePasquale (STScI))
هابِل چهار خوشهٔ کروی نزدیک به هم را در خوشهٔ پرسئوس تفکیک کرد. این مشاهده بهتنهایی جالب توجه بود اما قطعی نبود. برای برپا ساختن یک پروندهٔ قویتر، تیم از روشهای آماری مقاوم و تکنیکهای «انباشتن تصویر» (image stacking) در میان سه مجموعهٔ داده استفاده کرد. هنگامی که فریمهای دوربین ACS هابل روی هم گذاشته شد و با تصاویر VIS اقلیدس مقایسه گردید، هالهٔ ضعیف و پراکندهای در اطراف چهارگانهٔ خوشهها نمایان شد. این هالهٔ نور استلارِ حلنشده در واقع شواهدی قوی است: نشان میدهد که کهکشانی کمنور زیر این خوشهها وجود دارد که ستارههای فردیاش بهقدری کمنورند که جداگانه قابل تفکیک نیستند.
روشهای آماری بهکار رفته شامل ارزیابی احتمال تجمع تصادفی خوشهها در منطقه، اندازهگیری پسزمینه و حذف منابع زمینهای، و بررسی سازگاری فوتومتریک میان مجموعه دادهها بودند. همچنین برای کاهش اثرات نقطهای (PSF) و تضمین اینکه هالهٔ مشاهدهشده ناشی از جمع نور استلار واقعی و نه پراکندگی نور از خوشهها یا خطاهای کالیبراسیون باشد، از مدلسازی دقیق PSF و آزمونهای شبیهسازی Monte Carlo بهره گرفته شد.
«این نخستین کهکشانی است که صرفاً از طریق جمعیت خوشههای کرویاش کشف شده است،» لی در بیانیهای خبری گفت. با فرضیات محافظهکارانه، نویسندگان برآورد میکنند که همین چهار خوشه میتوانند نمایندهٔ کل جمعیت خوشهای CDG-2 باشند. در صورتی که این برآورد صحیح باشد، آن خوشهها حدود ۱۶٪ از نور قابل مشاهدهٔ کهکشان را تشکیل میدهند و درخشش کل سامانه تقریباً معادل شش میلیون خورشید است — که برای یک کهکشان، بسیار ضعیف است، هرچند بهظاهر تحت تسلط مادهٔ تاریک قرار دارد.
این تصاویر برشهایی از دادههای VIS اقلیدس و دوربین پیشرفتهٔ تصویربرداری هابل (ACS) هستند. بخش مرکزی تصویر، فریمهای ACS هابل را روی هم قرار داده و انتشار بسیار پراکندهای را در اطراف چهار خوشهٔ کروی CDG-2 نشان میدهد. دادههای اقلیدس این نتیجه را تأیید میکنند. (Li et al., ApJL, 2026)
چرا این کشف مهم است؟ اول اینکه، شناسایی یک کهکشان از طریق خوشههای کروی راهی جدید برای رصد فراهم میآورد. خوشههای کروی فشرده و بهاندازهٔ کافی درخشاناند که در بررسیهای عمیق قابل تفکیک باشند، حتی وقتی که کهکشان میزبان تقریباً نامرئی است. این ویژگی آنها را به نشانگرهای مؤثری برای یافتن کهکشانهای تاریک یا خاموششده در محیطهای چگال مانند خوشهٔ پرسئوس تبدیل میکند. از سوی دیگر، این کشف ما را مجبور میکند مرزهای تعریفِ کهکشان را بازاندیشی کنیم: ممکن است یک سامانه نور پراکندهٔ بسیار اندکی داشته باشد اما همچنان یک کهکشان منسجم با هالهٔ مادهٔ تاریک ویژهٔ خود و جمعیت خوشهای بازمانده باشد.
ابعاد فیزیکی و سناریوهای منشأ
یکی از توضیحات محتمل برای کمنوری CDG-2، پدیدهٔ «زدودهشدن محیطی» (environmental stripping) است. در خوشهها، فشار رم (ram pressure) بر گاز میانستارهای، و تعاملات کشندی (tidal interactions) میتوانند گاز را از کهکشانهای کوچک جدا کنند یا با گرم کردن و پاکسازی گاز سرد، فرآیند شکلگیری ستاره را متوقف سازند. در چنین شرایطی، بخش پراکندهٔ ستارهای که بهصورت گسترده توزیع شده است، آسیبپذیرتر از خوشههای بسیار چگال خواهد بود و ممکن است به تدریج محو یا جابجا شود.
خوشههای کروی، بهدلیل پیوند گرانشی قوی و تراکم بالای ستارهها، نسبت به فرایندهای تخریبی مقاومترند؛ بنابراین میتوانند محیط خشن خوشهای را تحمل کنند در حالی که بخش پراکندهٔ ستارهای از بین میرود. حاصل این فرایند، هالهای است که حاکمیتش با مادهٔ تاریک است و تنها چند خوشهٔ کروی بازماندهٔ روشن را نشان میدهد—یک نشانهٔ کلاسیک از کهکشانی که بیشتر جرمش در قالب مادهٔ تاریک است نه ستارگان روشن.
از منظر نظری، وجود چنین ساختارهایی پیامدهایی برای مدلهای شکلگیری کهکشان در جرمهای پایین دارد. اگر هالههای تقریباً بدون ستاره در خوشهها رایج باشند، مدلهای تشدید و تهیشدن گاز (ejective feedback) و تعاملات محیطی باید بهدقت بازبینی شوند تا توجیهکنندهٔ فراوانی و بقاپذیری خوشههای گلوبولار در این سامانهها باشند. همچنین این کشف سرنخهایی دربارهٔ توزیع مادهٔ تاریک در مقیاسهای کوچک میدهد؛ نسبت جرمی بالا (mass-to-light ratio) در چنین کهکشانهایی میتواند محدودیتهایی برای خواص ذاتی ذرات مادهٔ تاریک یا ترتیب تشکیل ساختار در شبیهسازیها ایجاد کند.
پژوهشگران فوراً CDG-2 را با یک جرم گزارششدهٔ پیشین، CDG-1، مقایسه میکنند. انتشار پراکندهٔ قابلتشخیص CDG-2 این پرسش را مطرح میکند: آیا CDG-1 یک مورد حتی افراطیتر است — یعنی تقریباً صرفاً یک هالهٔ مادهٔ تاریک خالص که تنها خوشهها بهعنوان ردیابهای مرئی از آن باقی ماندهاند؟ نویسندگان استدلال میکنند که رصدهای پیگیری با کیفیت بالا از CDG-1 میتواند نشان دهد که آیا آن شیء نیز زیر خوشههایش نور پراکندهٔ ضعیفی دارد یا واقعاً هیچ مولفهٔ پراکندهٔ ستارهای مازاد بر خوشههای کروی ندارد.
آزمونهای پیگیری شامل طیفنگاری برای اندازهگیری سرعتهای خطی (radial velocities) خوشهها و ستارهها، تعیین پراکندگی سرعت و برآورد جرم پویا (dynamical mass) خواهند بود. ترکیب جرم پویا با نور مشاهدهشده، نسبت جرم به نور (M/L) را مشخص میکند که شاخص مهمی برای تعیین غلبهٔ مادهٔ تاریک است. همچنین دنبال کردن فلزیت خوشهها و رنگهای فوتومتریک میتواند به تعیین سن و تاریخچهٔ تشکیل یک سامانه کمک کند.
نگاه کارشناسان
«یافتن یک کهکشان با خوشههای کروی مانند دنبال کردن شهری پنهان از طریق چراغهای خیابان آن است،» دکتر مایا چن، اخترفیزیکدان رصدی که سامانههای کمسطحنور را مطالعه میکند، میگوید. «خوشهها فانوسهایی متمرکز و نسبتاً درخشاناند. اگر آن فانوسها طوری در کنار هم قرار گیرند که آماری نشان دهد تصادفی بودنشان نامحتمل است، باید ایدهٔ وجود یک کهکشان ضعیف در زیرشان را جدی بگیریم. CDG-2 دستگیرهٔ جدیدی به ما میدهد تا با پایینترین سامانههای بستهبندیشده و نقش محیط در شکلدادن آنها کار کنیم.»
این کشف همچنین همافزایی میان مأموریتها را برجسته میسازد. تصویربرداری با رزولوشن بالا از هابل، نقشهبرداری اپتیکی پهندامنه و عمیق اقلیدس، و عمق مشاهدهٔ زمینی سوبارو دیدگاههای تکمیلی فراهم میکنند. ترکیب این دادهها بههمراه مدلسازی آماری دقیق چیزی را که ممکن بود صرفاً یک کنجکاوی باشد به یک نامزد قوی برای یک کهکشان تاریک تبدیل کرد. در آینده، سایر تلسکوپها و پروژههای آتی مانند رصدخانهٔ روبین (Rubin/LSST)، تلسکوپ نانوشبکهای روم (Roman) یا حتی بررسیهای هدفمند با ابزارهای طیفنگاری قدرتمند میتوانند به شناسایی یا رد کردن صفات مشابه در دیگر خوشهها کمک کنند.
گذشته از ثبت یک مورد عجیب دیگر در کاتالوگ انواع کهکشانها، CDG-2 سوالات بزرگتری را مطرح میکند: چه تعداد از این هالههای تقریباً بدون ستاره وجود دارند، و آنها چه چیزهایی دربارهٔ انتهای کمجرم تشکیل کهکشان و رفتار مادهٔ تاریک در مقیاسهای کوچک به ما میگویند؟ کارزارهای رصدی که به دنبال تودههای غنی از خوشههای گلوبولار در خوشههای دیگر باشند، بررسی خواهند کرد که آیا CDG-2 یک استثناست یا نمایندهٔ یک جمعیت نسبتاً رایج. هر نتیجهای تصویر ما را از چگونگی زنده ماندن یا ناپدید شدن کهکشانها تحت تأثیر محیط خوشهای تیزتر خواهد کرد.
سرنوشت اینکه CDG-2 یک مورد منفرد و نادر باشد یا نخستین مورد از یک خانوادهٔ جدید بستگی به تصویربرداریهای پیگیری و طیفنگاری دارد. فعلاً این کهکشان در درخشش نازکی که اطراف چند خوشهٔ روشن دیده میشود پنهان شده است و به ما یادآوری میکند که گاهی اوقات کیهان آرام سخن میگوید — و شنیدن دقیق آن سودمند است.
منبع: sciencealert
نظرات
داونیکس
شخصا کمی اغراق شده میبینم، 4 خوشه کلی استدلال قوی نیست... ولی ایدهٔ دنبال کردن شان خوبه، امیدوارم دادههای بیشتری بیاد.
آسمانچرخ
جالب اینکه ترکیب هابل و اقلیدس و سوبارو تونسته چی پیدا کنه. همافزایی تلسکوپها واقعا حرف داره، ولی هنوز باید نمونههای بیشتر ببینیم. عجله نکنیم.
رودکس
وای، فکرش هم سخت بود، یعنی تاریکی عمقی مثل یه شهر خالی... عجیبه واقعاً، کاش طیفنگاری زودتر بیاد
ارسال نظر