11 دقیقه
نقشه‌های تازه مأموریت گایا نشان می‌دهد که کهکشان راه شیری تنها در حال چرخش و دارای تاب‌خوردگی نیست — بلکه موجی گسترده و کند در سطح دیسک ستاره‌ای آن جاری است. این تلاطم تازه شناسایی‌شده ستارگان را در فاصله‌های ده‌ها هزار سال نوری از مرکز کهکشان منتقل میکند و سرنخ‌های تازه‌ای درباره تاریخ پویای کهکشان ما ارائه می‌دهد.
کهکشان راه شیری فقط در حال چرخش نیست — بلکه مانند یک سطح آبی آرام مرتعش است. دادههای جدید تلسکوپ فضایی گایا از آژانس فضایی اروپا (ESA) نشان می‌دهد موج عظیمی از حرکت در سراسر دیسک کهکشان در جریان است که ستارگان را تا ده‌ها هزار سال نوری از مرکز کهکشان جابه‌جا میکند.
موجی گسترده که دیسک کهکشانی را درمی‌نوردد
دهه‌هاست اخترشناسان می‌دانند که کهکشان ما سامانه‌ای چرخان با دیسکی ستاره‌ای و کمی تاب‌خورده است. اکنون گایا — مأموریت اخترسنجی آژانس فضایی اروپا — ستارگان را با دقتی بی‌سابقه در سه بعد فضایی و سه مولفه سرعت نقشه‌برداری کرده و یک ریپل منسجم را نشان می‌دهد که از مرکز کهکشان به سمت بیرون منتشر می‌شود. برخلاف آشفتگی‌های موضعی، این ساختار بخش عمده‌ای از دیسک بیرونی را دربرمی‌گیرد و تقریباً تا 30–65 هزار سال نوری از مرکز امتداد دارد، در حالی که کل عرض کهکشان راه شیری حدود 100 هزار سال نوری است.
تلسکوپ فضایی گایا آژانس فضایی اروپا نشان داده است که کهکشان راه شیری ما موج عظیمی دارد که از مرکز به سمت بیرون در حرکت است. در تصویر سمت چپ، نگاه از بالا به صفحه کهکشان را می‌بینیم. در سمت راست، مقطعی عمودی از کهکشان را می‌بینیم و موج را از کنار مشاهده می‌کنیم. در این نما، خورشید بین خط دید و برآمدگی مرکزی کهکشان قرار دارد. این زاویه همچنین نشان می‌دهد که سوی «چپ» کهکشان کمی به سمت بالا خمیده و سوی مقابل به سمت پایین خمیده است (این همان تاب‌خوردگی دیسک کهکشان است). موج تازه کشف‌شده با رنگ‌های قرمز و آبی مشخص شده است: در نواحی قرمز، ستارگان بالاتر از صفحه میانگین قرار گرفته‌اند و در نواحی آبی ستارگان پایین‌تر از صفحه تاب‌خورده دیسک واقع‌اند. اعتبار عکس: ESA/Gaia/DPAC, S. Payne-Wardenaar, E. Poggio et al (2025)
ویژگی تازه نقشه‌برداری‌شده شبیه رد بر آبِ یک سنگ ریز است که در حوضچه افتاده باشد: مناطقی که ستارگان بالاتر از صفحه میانگین قرار دارند بین مناطقی که ستارگان پایین‌تر نشسته‌اند، درهم تنیده شده‌اند. اما این یک پاشش لحظه‌ای نیست — امواج در مقیاس کهکشانی میلیون‌ها تا صدها میلیون سال طول می‌کشد تا شکل بگیرند و تکامل یابند، بنابراین گایا در عمل یک «نوردهی بلند» از حرکات کند و پهناور نشان می‌دهد.
چگونه گایا حرکت را آشکار کرد
گایا موقعیتها، فاصلهها و حرکات بیش از یک میلیارد ستاره را اندازه می‌گیرد. با ترکیب پارالاکس (فاصله)، حرکت صحیح (جنبش در صفحه آسمان) و سرعت شعاعی (حرکت به سمت ما یا از ما)، اخترشناسان میتوانند مکان سهبعدی کامل و بردارهای سرعت سهبعدی هر ستاره را بازسازی کنند. تیمی به رهبری الویزا پوگیو در مؤسسه ملی اخترفیزیک ایتالیا از این اطلاعات شش‌بعدی فاز-فضا برای تولید نقشه‌های روبه‌رویی و لبه‌ای دیسک استفاده کردند و هندسه موج و الگوی حرکت ستارگان در آن را آشکار ساختند.
این موج کهکشانی غیرمنتظره در شکل بالا نشان داده شده است. در این تصویر، موقعیت هزاران ستاره درخشنده با رنگ‌های قرمز و آبی نمایش داده شده که بر نقشه‌های گایا از کهکشان راه شیری پوشانده شده‌اند.
با دنبال‌کردن متغیرهای قیفاووسی و ستارگان غول جوان — نشانگرهای درخشان و دوردستی که فاصله و حرکت‌شان به‌ویژه قابل‌اطمینان است — پژوهشگران توانستند موج را در گستره‌های بزرگی از دیسک بیرونی ردیابی کنند. این ردیابهای ستاره‌ای نه تنها جابهجایی بالاتر یا پایین‌تر از صفحه میانگین (ناحیه‌های قرمز/آبی) را نشان می‌دهند، بلکه شیفت فازی بین مکان و حرکت عمودی را نیز نشان می‌دهند: بیشترین سرعتهای رو به بالا جلوی قله موقعیتی را می‌گیرند، همان‌طور که در یک موج متحرک جابجایی و سرعت فاز متفاوتی خواهند داشت.
تلسکوپ فضایی گایا نشان داده که موج عظیمی از مرکز کهکشان به سمت بیرون در حرکت است. این تصویر کهکشان راه شیری را به‌صورت لبه‌ای (edge-on) نشان می‌دهد. در نواحی قرمز، ستارگان نسبت به صفحه دیسک «بالاتر» قرار گرفته‌اند و در نواحی آبی، ستارگان نسبت به دیسک «پایین‌تر» قرار دارند. اعتبار: ESA/Gaia/DPAC, S. Payne-Wardenaar, E. Poggio et al (2025)
تفسیر الگو: ریپل‌ها، ردها و برخوردها
چه چیزی این موج عظیم را در حرکت انداخته است؟ چندین فرضیه مطرح است. یک نزدیکشدن یا برخورد گذشته با یک کهکشان کوتوله همدم — مانند کهکشان کوتوله قوس (Sagittarius) که مشخص است بارها با راه شیری تعامل داشته است — میتواند موج‌های گرانشی را از طریق دیسک ارسال کرده باشد. از سوی دیگر، فرآیندهای داخلی مانند ناپایداریهای بازوهای مارپیچی یا میله کهکشانی مرکزی ممکن است نوسانات عمودی در مقیاس بزرگ را برانگیزند. تمایز این سناریوها نیازمند مدل‌سازی زمان‌بندی، دامنه و طول‌موج مشاهدات است.
حرکات ستارگان در تصویر لبه‌ای کهکشان با پیکان‌های سفید مشخص شده‌اند. آنچه می‌توان مشاهده کرد این است که الگوی موج در حرکات عمودی (نمایش داده‌شده توسط پیکان‌ها) کمی به‌صورت افقی نسبت به الگوی موج در موقعیت‌های عمودی ستارگان (نواحی قرمز/آبی) جابه‌جا است؛ این همان شیفت فازی است که نشاندهنده طبیعت موجی و انتقال انرژی در دیسک است.
از آنجا که قیفاووسها و دیگر ستارگان جوان در موج شرکت دارند، این سیگنال احتمالاً شامل مولفه گازی دیسک نیز می‌شود. ستارگان از گاز شکل می‌گیرند، بنابراین اگر خودِ گاز دچار اختلال شده باشد، ستارگان نوزاد نیز نشانه‌های آن اختلال را به ارث خواهند برد. این بدان معناست که این ریپل ممکن است هنوز به شکل‌دهی جمعیت‌های ستاره‌ای و نواحی تشکیل ستاره در دیسک بیرونی ادامه دهد.
آیا مرتبط با «موج رادکلیف» است؟
مقایسه وسوسه‌انگیزی با «موج رادکلیف» وجود دارد — ساختار کوچکتری به طول حدود 9,000 سال نوری از گاز و غبار که در نزدیکی خورشید کشف شده است. با این حال، موج تازه کشف‌شده منطقه‌ای بسیار وسیع‌تر را در بر می‌گیرد و در ناحیه متفاوتی از دیسک قرار دارد، بنابراین هرگونه ارتباط احتمالی نامشخص است. موج رادکلیف یک رشته موضعی است؛ در حالی که موج گایا یک نوسان فراگیر در سراسر دیسک است. پژوهشگران محتاط‌اند: ممکن است این دو ویژگی تجلیات مستقل از فرایندهای دینامیکی مشترک باشند یا اینکه هر دو از برخوردها یا تعاملات کهکشانی گذشته نشأت گرفته باشند.
تصویر مفهومی از آناتومی کهکشان راه شیری ما؛ یک کهکشان مارپیچی میله‌دار تقریباً 13 میلیارد ساله که میزبان چندصد میلیارد ستاره است. اعتبار: ESA/Gaia/DPAC, S. Payne-Wardenaar
چرا این کشف اهمیت دارد
امواج عمودی در مقیاس بزرگ اطلاعاتی درباره تاریخ دینامیکی اخیر راه شیری به ما می‌دهند. با اندازهگیری طول‌موج، سرعت و نرخ میرایی موج، اخترشناسان میتوانند زمان و نحوه وقوع اختلال را استنتاج کنند و ویژگی‌های هر همدم مختل‌کننده را برآورد کنند. این قیود، مدل‌های توزیع جرم در دیسک و هاله کهکشان را پالایش میکنند و درک ما را از چگونگی آرام‌گرفتن کهکشان‌ها پس از تعاملات تقویت میکنند.
فراتر از دینامیک محض، این ریپل میتواند بر مکانهای تولد ستارگان جدید، اختلاط جمعیت‌های ستاره‌ای و گرمایش عمودی دیسک اثر بگذارد — همه عواملی که ساختار راه شیری را در گذر زمان کیهانی شکل می‌دهند. به‌عبارت دیگر، شناسایی و مشخصه‌یابی این موج کمک میکند تا راه شیری را از یک پس‌زمینه ثابت به سامانه‌ای پویا با تاریخ قابل مشاهده تبدیل کنیم.
دیدگاه کارشناسی
«گایا به ما فیلمی از کهکشان در حرکت آهسته می‌دهد،» می‌گوید دکتر ماریا اورتگا، اخترفیزیک‌دانی (نمونه‌ای ساختگی) که در دینامیک کهکشانی تخصص دارد. «آنچه به‌صورت تاب‌خوردگی یا ریپل ایستا به نظر می‌رسد، در واقع اثر انگشت پویای رویدادهای گذشته است. با ترکیب حرکات ستاره‌ای با مدل‌های گرانشی و دینامیک گاز، می‌توانیم قسمت‌هایی از تاریخ اخیر راه شیری را بازپخش کنیم — نوعی بازسازی باستان‌شناسی در مقیاسی واقعاً بزرگ.»
دکتر اورتگا می‌افزاید: «تمیز دادن اینکه آیا موج ناشی از برخورد با یک کهکشان همدم بوده یا از ناپایداریهای داخلی ناشی شده است، نیازمند شبیهسازیهای عددی است که هم الگوی فضایی و هم شیفت‌های فازی سرعت را که گایا مشاهده میکند، بازتولید کنند. انتشار بعدی دادههای گایا محدودیت‌ها را تنگ‌تر خواهد کرد و احتمالاً ویژگی‌های ظریف‌تری را نشان می‌دهد.»
گام بعدی: نقشه‌های دقیقتر و مدل‌های عمیق‌تر
انتشار بعدی دادههای گایا موقعیتها و حرکتهای بهبودیافته برای ستارگان متغیر مانند قیفاووسها و نمونه‌ای بزرگ‌تر از ردیابهای دوردست را فراهم خواهد کرد. این مجموعه داده با وضوح بالاتر به تیم‌ها امکان می‌دهد نقشه‌های موج را تصحیح کنند، سرعت انتشار را با دقت بیشتری بسنجند و سناریوهای شکلگیری رقابتی را با آمار قابل‌اطمینان‌تر آزمایش کنند.
در بخش مدل‌سازی، پژوهشگران از شبیهسازیهای N-body و هیدرودینامیکی برای بازسازی برخوردهای احتمالی بین راه شیری و همدمان کوتوله و بررسی چگونگی تولید نوسانات عمودی مشابه توسط بازوهای مارپیچی یا میله مرکزی استفاده خواهند کرد. مشاهدات مکمل — برای مثال، نقشه‌برداری‌های رادیویی که گاز سرد را در دیسک بیرونی نشان می‌دهند — بررسی میکنند که آیا مولفه گازی نیز الگوی موج ستارگان را دنبال میکند یا خیر.
حرکات ستارگان در سراسر کهکشان برای اخترشناسانی که ابزارهای مناسب دارند، مانند کتابی باز است. گایا همچنان صفحات سفید را به فصل‌های دقیقتر از زندگی راه شیری تبدیل میکند و این ریپل عظیم یکی از برجسته‌ترین ورودی‌های اخیر به این زندگی‌نامه است.
حرکات ستارگان در تصویر لبه‌ای کهکشان با پیکان‌های سفید نمایان شده است. می‌توان دید که الگوی موج در حرکات عمودی (نشان داده‌شده توسط پیکان‌ها) اندکی به‌صورت افقی نسبت به الگوی موقعیت عمودی ستارگان (رنگ‌های قرمز/آبی) جابه‌جا است؛ این مشاهدات، اطلاعات اضافی درباره فاز موج و انتقال انرژی در دیسک فراهم میکند.
الویزا و همکارانش با مطالعه موقعیتها و حرکتهای دقیق ستارگان غول جوان و ستارگان قیفاووسی این حرکت شگفت‌آور را دنبال کردند. این انواع ستارگان دارای نوسانات روشنی قابل‌پیش‌بینی هستند که با تلسکوپ‌هایی مانند گایا در فواصل دور نیز قابل ردیابی‌اند و به‌عنوان معیارهای فاصله و حرکت بسیار مفید عمل میکنند.
از آنجایی که ستارگان غول جوان و قیفاووسها هم‌حرکت با موج را نشان می‌دهند، دانشمندان بر این باورند که احتمالاً گاز موجود در دیسک نیز در این ریپل بزرگ نقش دارد. ممکن است ستارگان جوان «حافظه» اثر موج را از گازی که از آن تشکیل شده‌اند به ارث ببرند؛ یعنی ساختارهای ستاره‌ای جدید میتوانند بازتابی از اختلالات قبلی در مولفه گازی دیسک باشند.
«انتشار چهارم دادههای گایا شامل موقعیتها و حرکات بسیار بهبود یافته برای ستارگان راه شیری، از جمله ستارگان متغیر مثل قیفاووسها خواهد بود. این امر به دانشمندان کمک میکند نقشه‌های دقیق‌تری تهیه کنند و درک ما از این ساختارهای مشخص در کهکشان خانگی‌مان را عمیق‌تر سازد،» می‌گوید یوهانس ساهلمن، دانشمند پروژه گایا در ESA.
موج کهکشانی غیرمنتظره در شکل بالایی نمایش داده شده است. در اینجا، موقعیت هزاران ستاره پرنور با رنگ‌های قرمز و آبی نمایش داده شده که بر نقشه‌های گایا از کهکشان پوشیده شده‌اند و درک بصری قوی‌تری از هندسه و فاز موج فراهم می‌آورند.
منبع: scitechdaily
ارسال نظر