برخوردی باستانی که دیسک کهکشان راه شیری را کج کرد

تصور کنید راه شیری در حال اجرای یک چرخش کیهانی آرام است؛ آن‌قدر آرام که در طول عمر انسان تقریبا به چشم نمی‌آید، اما به اندازه‌ای چشمگیر که می‌تواند حافظه کهکشان را بازنویسی کند. این تصویری است که از شبیه‌سازی‌های تازه به دست آمده است: رویارویی بسیار کهنی با یک کهکشان کوتوله با نام مستعار گایا-انسلادوس-سوسیس شاید دیسک کهکشانی ما را بیش از ۹۰ درجه کج کرده باشد.

کهکشان ما در نگاه اول معمولی به نظر می‌رسد: یک مارپیچی میله‌ای با برآمدگی مرکزی متراکم، بازوهای مارپیچی گسترده که درون دیسکی نازک از ستارگان جای گرفته‌اند، و هاله‌ای ستاره‌ای کم‌تراکم و گرد. همه این ساختارها درون هاله‌ای عظیم از ماده تاریک قرار دارند که بخش اصلی جرم راه شیری را در اختیار دارد. با این حال، هاله ستاره‌ای رفتاری عجیب نشان می‌دهد. اخترشناسان با استفاده از اندازه‌گیری‌های دقیق حرکت ستارگان توسط رصدخانه گایای آژانس فضایی اروپا دریافتند که این هاله بسیار کندتر از انتظار می‌چرخد. پرسش این است: چرا هاله تا این حد عقب می‌ماند؟

برای پاسخ به این پرسش، گروهی به سرپرستی کیریل باتراکوف از دانشگاه دورهام شبیه‌سازی‌های کیهان‌شناختی دقیقی اجرا کردند. هدف آن‌ها این بود که ببینند چه نوع تاریخچه‌هایی می‌تواند در کهکشان‌هایی شبیه راه شیری، هاله‌های ستاره‌ای با چرخش کند ایجاد کند. نتیجه شبیه‌سازی‌ها به احتمالی چشمگیر اشاره کرد: ادغامی تقریبا رو در رو که به دیسک کهکشانی گشتاور وارد کرده و در نهایت، چرخش خالص هاله را کاهش داده است.

مظنون اصلی، رویداد شناخته‌شده ادغام گایا-انسلادوس-سوسیس است؛ برخوردی باستانی که در آن یک کهکشان کوتوله به درون راه شیری فرو رفت. بقایای آن رویداد در داده‌های گایا به صورت توزیعی سوسیس‌مانند از ستارگان دیده می‌شود و همین ظاهر، نام مستعار به‌یادماندنی آن را ساخته است. باتراکوف به آی‌اف‌ال‌ساینس گفته است که دو عامل برای شکل‌گیری یک هاله کند لازم است: وجود ساختارهایی شبیه گایا-انسلادوس-سوسیس و تغییر جهت چشمگیر دیسک در جریان ادغام.

اعداد، این روایت را ملموس‌تر می‌کنند. شبیه‌سازی‌ها هاله‌ای ستاره‌ای را بازآفرینی می‌کنند که ستارگان آن با سرعتی در حدود ۲۵ کیلومتر بر ثانیه می‌چرخند. این عدد تا زمانی زیاد به نظر می‌رسد که آن را با سرعت مداری خورشید به دور مرکز کهکشان مقایسه کنیم؛ حدود ۲۲۰ کیلومتر بر ثانیه. نکته حتی گویاتر این است که اگر دیسک کج نمی‌شد، میانگین چرخش هاله در مدل‌ها به حدود ۵۰ تا ۶۰ کیلومتر بر ثانیه می‌رسید. مدل‌ها نشان می‌دهند این رویارویی ده‌ها کیلومتر بر ثانیه از تکانه زاویه‌ای هاله کاسته است.

گروه پژوهشی با ردگیری تحول ۲۵ نمونه مشابه راه شیری در مجموعه شبیه‌سازی‌های کیهان‌شناختی اوریگا به این نتیجه‌ها رسید. وجه مشترک در مواردی که هاله کند داشتند، یک برهم‌کنش بزرگ و زاویه‌دار در اوایل زندگی کهکشان بود.

زمان‌بندی اهمیت زیادی دارد. این تغییر جهت چشمگیر احتمالا حدود ۱۰ میلیارد سال پیش رخ داده است؛ بسیار پیش از آنکه خورشید یا سیاره‌ها شکل بگیرند. همچنین این رویداد به معنای هالیوودی آن، یک برخورد ناگهانی و فاجعه‌بار نبود. این رقص‌های کهکشانی طی صدها میلیون تا بیش از یک میلیارد سال ادامه پیدا می‌کنند. چرخش کامل دیسک که در اثر چنین برخوردی ایجاد می‌شود، می‌تواند از حدود ۱۵۰ میلیون سال تا بیش از یک میلیارد سال طول بکشد و به‌آرامی جهت دیسک را جابه‌جا کند، در حالی که هاله از آن عقب می‌ماند.

پیامدهای این برخورد به توضیح ویژگی‌های بعدی راه شیری نیز کمک می‌کند. برای نمونه، میله مرکزی راه شیری شاید تا حدود ۵ میلیارد سال پیش شکل نگرفته باشد؛ یعنی مدت‌ها پس از آن ادغام. این موضوع نشان می‌دهد که کهکشان ما مدت‌ها بعد از آن برخورد باستانی همچنان در حال آرام گرفتن و بازآرایی ساختار خود بوده است.

یکی از نکات جالب این مطالعه، ارتباط ظاهری میان هاله ستاره‌ای و هاله ماده تاریک است. نتایج نشان می‌دهد این دو مؤلفه احتمالا تحت تأثیر ادغام‌های پیاپی همراه با هم تکامل یافته‌اند؛ به این معنا که هاله ماده تاریک نیز در کنار ستارگان مرئی، حافظه‌ای دینامیکی اما ظریف‌تر از برخوردهای گذشته را در خود نگه داشته است.

این برخورد می‌توانسته دیسک راه شیری را بیش از ۹۰ درجه بچرخاند و هاله ستاره‌ای را به شکلی غیرعادی کند کند.

اگر این سناریو درست باشد، راه شیری هنوز اثر انگشت کج‌شده مهمانی بسیار کهن را با خود دارد؛ رویارویی آرام و دیرپایی که پژواک‌های آن را گایا و پیمایش‌های آینده تازه شروع به آشکار کردن کرده‌اند.