6 دقیقه
در فاصلهٔ تقریباً 70 میلیون سال نوری از زمین، کهکشان مارپیچی NGC 6951 یک نمونهٔ زنده و آموزنده از چگونگی رابطهٔ ساختار کهکشانی با تشکیل ستاره را نشان میدهد. تصویر تازهٔ هابل تمرکز نورانی حلقه‌ای پیرامون هسته را برجسته میکند؛ حلقه‌ای که جریان گازِ ورودی به منطقهٔ مرکزی را متراکم کرده و موج‌های پی‌درپی زایش ستاره را به وجود می‌آورد. این مشاهدات و بررسی‌های مرتبط، از منظر رصدی و نظری، به درک نقش میله‌ها، حلقهها و دیسک‌ها در فرایندهای دینامیکی و شیمیایی کهکهکشان‌ها کمک می‌کنند و برای مطالعهٔ تکامل کهکشانی و رشد سیاه‌چاله‌های مرکزی اهمیت دارند.
یک کهکشان مارپیچی میله‌دار با قلبی درخشان
NGC 6951 در صورت فلکی قیفوس (Cepheus) قرار دارد و نمونهٔ نسبتاً کلاسیکی از کهکشان‌های مارپیچی میله‌دار را ارائه میدهد: بازوهای مارپیچی گسترده که با ستارگان آبیِ جوان و سحابی‌های سرخ رنگ تزئین شده‌اند، نوارهای تاریک غبار که نقش مهمی در جذب و انتقال فوتون‌ها و گاز دارند، و جمعیت‌های ستارهای پیرتر و پرنور که در هسته متمرکز شده‌اند. ناحیهٔ مرکزی این کهکشان به‌وضوح کشیده دیده میشود؛ نشانه‌ای از وجود یک میلهٔ ستارهای که به آهستگی می‌چرخد و توزیع حرکت گاز و ستارگان را در مقیاس کهکشانی بازآرایی میکند. این میله‌ها با ایجاد برهمکنش‌های گرانشی و ایجاد گشتاورهای توزیعی، مانند تسمه‌ای همگرا عمل می‌کنند و جریان‌های گاز سرد را از بازوها به سمت هسته هدایت می‌کنند.
میلهٔ مرکزی NGC 6951 تنها یک ویژگی زیباشناختی نیست؛ بلکه محرکی دینامیکی است که جریان‌های گاز را هدایت و متمرکز میکند. گاز سرد میان‌ستاره‌ای، تحت اثر توزیع میدان گرانشی میله و فشارهای غیرمحوری، به سمت درونی رانده میشود و در برخی نقاطِ ویژهٔ مداری متراکم می‌گردد؛ جایی که حلقهٔ پیرامون هسته شکل گرفته است. تصاویر با وضوح بالا از هابل، ساختار دقیق حلقه و نوارهای غبار تاریک را به نمایش میگذارند که مسیر حرکت گازِ جریان‌یافته را دنبال می‌کنند و نشان می‌دهند چگونه سوخت لازم برای تشکیل ستاره به ناحیهٔ مرکزی میرسد. این ویژگی‌ها، از جمله حلقهٔ پیرامون هسته، برای تحلیل فرایندهای تغییر ساختار در کهکشان و نیز برای مطالعهٔ نرخ‌های تشکیل ستارهٔ موضعی (star formation rate) بسیار کلیدی هستند.
درون حلقهٔ انفجار ستارهای: یک پرورشگاه ستارهای پرکار
حلقهٔ پیرامون هسته در NGC 6951 که قطر آن تقریباً 3,800 سال نوری اعلام شده است، شرایط مناسبی برای تشکیل ستاره فراهم کرده است. تراکم بالای گاز و فشارهای محلی موجب میشود که ابرهای مولکولی به آسانی ناپایدار شوند و فروپاشی گرانشی را آغاز کنند؛ فرآیندی که منجر به پیدایش خوشههای ستارهای میشود. مشاهدات هابل بیش از 80 خوشهٔ ستارهای کاندید را در دل این حلقه شناسایی کردهاند که بسیاری از آنها کمتر از 100 میلیون سال سن دارند؛ این ارقام نشان می‌دهند حلقه پیوسته و در مدت زمانی طولانی چندین نسل ستاره تولید کرده است. مدل‌سازی‌های نظری و برآوردهای سنی نشان میدهد حلقه بیش از یک میلیارد سال، تقریباً بین 1 تا 1.5 میلیارد سال، فعال بوده و در این بازهٔ زمانی چندین دورهٔ تشکیل ستاره را تجربه کرده است.
وجود خوشههای ستارهای جوان و ساختار نسبتا منظم حلقه، اطلاعات ارزشمندی دربارهٔ فرایندهای فیزیکی در سطح حداقل صدها تا هزاران پارسک فراهم میکند؛ از رفتار دینامیکی گاز و نقش بازخورد ستارهای (شامل تابش قوی، بادهای ستارهای و انفجارهای ابرنواختری) تا تغییرات شیمیایی در گاز کلان. تحلیل طیفسنجی و تصویربرداری چندطولیموج (از فرابنفش تا فروسرخ و رادیویی، از جمله نقشه‌برداری‌های CO با آرایه‌های میلیمتری مانند ALMA) به محققان این امکان را میدهد تا جرم خوشهها، نرخ تشکیل ستارهٔ محلی، و میزان جریان گاز ورودی به حلقه و سپس به هسته را برآورد کنند. این نوع اندازه‌گیری‌ها برای تعیین میزان تداوم حلقه، پایداری مداری آن، و ارتباط آن با پتانسیل مرکزی و وجود یا عدم وجود تشدیدهای مداری (مانند تشدیدهای لیندبلاد داخلی) حیاتی است.
چرا مطالعهٔ چنین حلقه‌هایی اهمیت دارد؟ حلقههای انفجار ستارهای پیرامون هسته (circumnuclear starburst rings) میتوانند به‌عنوان آزمایشگاه‌های طبیعی برای فهم تکامل کهکشانی عمل کنند. این ساختارها گاز را متمرکز می‌سازند، نرخ‌های تشکیل ستاره محلی را افزایش می‌دهند و ممکن است بر رشد سیاهچالهٔ مرکزی تأثیر بگذارند زیرا میزان رسیدن ماده به هسته و در نتیجه امکان تغذیهٔ جرم مرکزی را تنظیم می‌کنند. در مورد NGC 6951، این کهکشان هدف مکرر جستجوگرهای گذرا (transient hunters) بوده است و در گذر زمان میزبان پنج یا شش ابرنواختر ثبت‌شده بوده که این رویدادها پنجره‌هایی مستقیم بر تکامل ستاره‌های پرجرم در محیط‌های متفاوت حلقه‌ای فراهم می‌کنند. بررسی‌های ابرنواختری در نواحی مختلف حلقه، اطلاعاتی دربارهٔ توزیع جرم‌های اولیه، نرخ تولد ستاره‌های سنگین، و اثرات بازخورد این انفجارها بر محیط بین‌ستاره‌ای ارائه میدهد.
چه چیزی هابل و اخترشناسان می‌آموزند
کمپین‌های متناوب هابل تصاویر نقشهبرداری پراکندگی غبار، سن خوشهها و رویدادهای متغیر در هستهٔ NGC 6951 را ثبت کردهاند. این مشاهدات به افتراق بین تشکیل ستارهای که توسط فرآیندهای سکولار داخلی (مانند تأثیر میله‌ها) هدایت میشود و آنچه که توسط رویدادهای خارجی مانند برهم‌کنش با کهکشان‌های دیگر القا می‌گردد کمک می‌کنند. ترکیب تصویربرداری تفکیک‌شده با پیگیری چندطولیموج (UV، نوری، فروسرخ میانی و بلند، میلیمتری و رادیویی) و طیفسنجی امکان اندازهگیری دقیقتر جرم خوشهها از طریق برازش طیف انرژی (SED fitting)، تخمین نرخ‌های جریان گاز با استفاده از نقشه‌های مولکولی (مانند CO) و مدل‌سازی پایداری حلقه در برابر اختلالات خارجی و بازخوردهای درونی را فراهم می‌آورد.
اگر تصویری ساده‌سازی‌شده تصور کنیم، تماشای NGC 6951 همچون دیدن یک شهر از بالا است که خطوط ترافیکی جمعیتی از مسافران را به سمت یک ورزشگاه هدایت می‌کنند؛ با این تفاوت که در کهکشان، مسافران ابرهای سرد گازی هستند و نورانی‌ترین نقاط ورزشگاه، ستاره‌های تازه‌متولد هستند. این استعاره به درک بصری کمک میکند اما جزئیات فیزیکی بسیار پیچیده‌تر است: توزیع بردارهای گشتاور، حضور تشدیدهای مداری، نرخ‌های انتقال جرم و انرژی، و بازخورد ستارهای همه نقش‌هایی در شکل‌دهی به آنچه می‌بینیم دارند. هابل به‌طور مکرر به این کهکشان بازمی‌گردد چون هر بازدید، تصویر ما را از چگونگی تأثیر دیسک‌ها، میله‌ها و حلقهها بر توزیع جمعیت‌های ستارهای در طول میلیاردها سال پالایش میکند و دادههای دقیق‌تری برای آزمون مدل‌های تکامل کهکشان‌ها فراهم می‌آورد.
منبع: scitechdaily
نظرات
آسمانپر
قشنگه ولی یه کم اغراق شده به نظر من؛ ارتباط مستقیم حلقه با رشد سیاهچاله رو نشون دادن کار سختیه، دادههای بیشتری لازمِ، نه؟
مهران
۱ تا ۱.۵ میلیارد سال؟ خب، معیار سن‌گذاری چیه دقیقا؟ خوشهها چطور تفکیک شدن، خطاها کجا مخفی شدن؟
آستروستد
معقوله؛ میله‌ها و جریان گاز توضیح منطقی میدن. اما برای برآورد نرخ‌ها به دادههای CO و ALMA واقعا نیاز هست
دیتاپالس
وای، دیدن یه حلقه ستاره‌زا توی کهکشان مثل یه شهر نورانیه! اینکه میلیاردها سال فعال باشه حیرت‌انگیزه... واقعاً شگفت‌زده شدم، تصویر هابل محشره
ارسال نظر