موج عمودی گسترده ای در دیسک کهکشان راه شیری کشف شد

تحلیل تازه‌ای از حرکت‌های ستاره‌ای که توسط رصدخانه فضایی گایا ثبت شده است، نشان‌دهندهٔ یک موج بزرگ است که از مرکز کهکشان به طرف بیرون در دیسک کهکشان راه شیری منتشر می‌شود. حرکت‌های عمودی هزاران ستارهٔ جوان الگوی موجی هماهنگی را ترسیم می‌کند که در گسترهٔ بیرونی کهکشان امتداد یافته — نشانه‌ای پویا از رویدادی پُرانرژی در تاریخ تکاملی کهکشان ما.

نقشه‌برداری از لرزش کهکشانی: چگونه این موج کشف شد

برای نخستین بار، اخترشناسان داده‌های موقعیت و سرعت با دقت بالا از گایا را با فهرست‌های ستارگان تپنده و ستارگان غولِ جوان ترکیب کردند تا حرکت عمودی — حرکت عمود بر صفحهٔ کهکشانی — را در سراسر دیسک بیرونی اندازه‌گیری کنند. مطالعه بر دو نمونهٔ مکمل متمرکز شد: حدود ۱۷٬۰۰۰ ستارهٔ غول جوان تا فاصلهٔ تقریباً ۲۳٬۰۰۰ سال نوری، و نزدیک به ۳٬۴۰۰ متغیر کلاسیک سِفید (Cepheid) که تا تقریباً ۴۹٬۰۰۰ سال نوری قابل ردیابی بودند. این مجموعهٔ ستاره‌ها با هم بخش بزرگی از دیسک ستاره‌ای کهکشان راه شیری را می‌کاوند، دیسکی که در کل تقریباً ۱۰۰٬۰۰۰ سال نوری پهنا دارد.

پژوهشگران از رهاسازی DR3 گایا (سومین رهاسازی دادهٔ این فضاپیما در زمان مطالعه) برای بازسازی حرکت سه‌بعدی این ستارگان در فضا استفاده کردند. نتیجه غیرمنتظره بود: هر دو نمونهٔ ستاره‌ای الگوی متناوب مشابهی از سرعت‌های عمودی را نشان دادند — قله‌ها و فرورفتگی‌هایی که با یک موج هماهنگ که از مرکز کهکشان به سمت بیرون در حرکت است، سازگار است. مانند حلقه‌های کوچک در سطح یک برکه که از نقطه‌ای پرت‌شده پدیدار می‌شوند، دامنهٔ این موج با افزایش فاصله بزرگتر می‌شود و ستارگان را به سطوح بالاتر از صفحهٔ کهکشانی یا پایین‌تر از آن تا لبهٔ دیسک جابجا می‌کند.

موقعیت‌ها و حرکت‌های ستارگان در تحلیل، در برابر دیسک کهکشان راه شیری نگاشت شده‌اند؛ دید از بالا (چپ) و دید جانبی (راست).

چه چیزی می‌تواند کهکشان راه شیری را به صدا درآورده باشد؟

پاسخ کوتاه: هنوز به قطع نمی‌دانیم. مقالهٔ جدید چند محرک محتمل را برجسته می‌کند. یکی از نامزدها کهکشان کوتولهٔ ساگیتاریوس (Sagittarius dwarf galaxy) است؛ ماهوارهٔ کوچکی که طی میلیاردها سال بارها و بارها از میان دیسک راه شیری عبور کرده است. هر گذر می‌تواند اختلال عمودی‌ای ایجاد کند که به صورت موجی به سمت بیرون منتشر می‌شود و الگوهای سرعت عمودی را در ستارگان و گازهای دیسک پدید آورد.

گزینهٔ دیگر ارتباط با ساختارهای شناخته‌شده‌ای مانند موج ردفلیف (Radcliffe Wave) است — رشتهٔ گازی و ستاره‌ای به طول حدود ۹٬۰۰۰ سال نوری که در امتداد یکی از بازوهای مارپیچی قرار دارد. با این حال، موج جدید بسیار وسیع‌تر است و در ناحیهٔ متفاوتی از دیسک جای گرفته، بنابراین هر گونه پیوند احتمالی در این مرحله جنبهٔ فرضی و حدسی دارد و نیازمند شواهد بیشتر از مَپ‌های گازی و تحلیل‌های دینامیکی است.

مطلب مرتبط

ادامه مطلب

کشف موج عظیم و آهسته در دیسک کهکشان راه شیری به وسیله گایا

نقشه‌های تازه مأموریت گایا نشان می‌دهد که کهکشان راه شیری تنها در حال چرخش و دارای...

همان‌طور که نویسندهٔ ارشد مطالعه، الویزا پوگیو (Eloisa Poggio)، اشاره می‌کند: «در مجموع این یافته‌ها ما را به کاوش فرضیه‌ای سوق می‌دهد که موج عمودی‌ای روی بخش بزرگی از دیسک بیرونی کشیده شده و در حال حرکت به دور از مرکز کهکشان است.» پژوهش همچنین نشان می‌دهد که سیگنال به‌ویژه در جمعیت‌های ستاره‌ای جوان واضح‌تر است، زیرا این ستارگان بیشتر جنب‌وجوش کلی گازهای ابری که از آن‌ها شکل گرفته‌اند را به ارث می‌برند. به عبارت دیگر، احتمال دارد که موج در اصل یک ویژگی گازی باشد که حرکت ستارگان تازه‌متولد آن را آشکار می‌سازد؛ ستارگان جوان می‌توانند شاخص‌های kinematics گازی را به‌عنوان «نشانگرهای» اختلال حفظ کنند.

چرا گایا برای باستان‌شناسی کهکشانی اهمیت دارد

گایا دید سه‌بعدی ما از کهکشان راه شیری را به‌طور بنیادین دگرگون کرده است. در طول بیش از یک دهه، این ماموریت موقعیت‌ها، اختلاف منظرها (پارالاکس‌ها) و حرکت‌های صحیح (proper motions) بیش از یک میلیارد ستاره را اندازه‌گیری کرده است و برای بسیاری از آن‌ها سرعت شعاعی نیز فراهم شده است؛ نتیجهٔ این تلاش ساخت نقشهٔ کامل ۶D از فاز فضایی ستارگان در گستره‌های وسیعی از کهکشان است. چنین سطحی از دقت برای آشکارسازی الگوهای ظریفی مانند موج‌های عمودی، پیچ‌خوردگی (corrugation) و پیچش‌ها ضروری است.

کینماتیک ستارگان — چگونگی حرکت ستارگان — مانند شواهد جرم‌شناسی برای تبیین وقایع گذشته عمل می‌کند. جریان‌ها و پوسته‌ها (streams and shells) می‌توانند شبح کهکشان کوتولهٔ بلعیده‌شده را نشان دهند. موج‌های عمودی، تاب‌ها و پیچ‌خوردگی‌ها نشانه‌هایی از اختلال‌های گرانشی‌اند که هنوز در دیسک پژواک دارند. کشف یک موج عمودی که به سمت بیرون در حال انتشار است، فهرست پدیده‌های دینامیکی که ساختار کهکشان را در مقیاس میلیون‌ها سال شکل می‌دهند، گسترش می‌دهد و داده‌های مهمی برای مدل‌سازی دینامیک دیسک ارائه می‌دهد.

شواهد قانع‌کننده برای حلقه‌هایی که به سمت بیرون در کهکشان راه شیری در حال انتشارند.

پیامدها برای شکل‌گیری ستارگان و تکامل دیسک

اگر این موج عمدتاً یک اختلال گازی باشد، می‌تواند بر مکان و زمان شکل‌گیری ستارگان جدید تأثیر بگذارد، زیرا عبور موج می‌تواند محیط بین‌ستاره‌ای را فشرده یا رقیق کند. فشردگی محلی گازها می‌تواند باعث افزایش نرخ تشکیل ستاره در برخی نواحی شود، در حالی که رقیق‌شدن می‌تواند شکل‌گیری ستاره را مهار کند. این فرآیند ممکن است الگوهای سنی و سرعتی متمایزی را در جوان‌ترین گروه‌های ستاره‌ای ثبت کند و توزیع عمودی بزرگ‌مقیاس گاز و غبار را تغییر دهد.

در بازه‌های زمانی طولانی‌تر، اختلال‌های مکرر ناشی از تعامل با ماهواره‌ها می‌تواند موجب کلفت‌تر شدن دیسک شود و توجیه یا پیچ‌خوردگی‌های پایدار را پدید آورد. این فرایندها در چارچوب مدل‌های فرگشتی کهکشان (galactic evolution models) اهمیت دارند، زیرا برخوردها، عبورها و تعامل‌های گرانشی نقش کلیدی در شکل‌دادن ساختار فضایی و مورفولوژی کهکشان‌های مارپیچی ایفا می‌کنند.

از منظر کیهان‌شناختی، این نتایج تأکید می‌کنند که کهکشان راه شیری یک جزیرهٔ منزوی و ایستا نیست. بلکه ساختاری پویا و زنده است که تحت تأثیر ادغام‌ها، گذرهای نزدیک (flybys) و تعاملات کشندی (tidal interactions) قرار دارد؛ تعاملاتی که نشانه‌های قابل اندازه‌گیری خود را در بازه‌های ده‌ها تا صدها هزار سال نوری به جا می‌گذارند. در نتیجه، بررسی موج‌های عمودی می‌تواند بینش‌هایی دربارهٔ تاریخ ترکیب و رشد کهکشان به‌دست دهد و به بازسازی رویدادهای گذشته کمک کند.

مطلب مرتبط

ادامه مطلب

تأثیر پنهان ماده تاریک در تکامل کهکشان ها

نقش ماده تاریک در ساختار کهکشان‌ها کهکشان‌ها ساختارهای کیهانی بسیار پیچیده‌ای هستند که فراتر از آنچه...

گام بعدی: DR4 گایا و پایش‌های عمیق‌تر

رهاسازی دادهٔ بعدی گایا، DR4، قرار است در دسامبر ۲۰۲۶ منتشر شود. تیم پژوهشی قصد دارد با استفاده از مجموعهٔ داده‌ای بزرگ‌تر و دقیق‌تر این موج را بازبینی کند تا هندسهٔ موج، سرعت انتشار آن و منشأ احتمالی‌اش را با دقت بیشتری تعیین کند. داده‌های DR4 می‌تواند خطاها را کاهش دهد، نمونه‌های ستاره‌ای را افزایش دهد و امکان بررسی‌های مکانی و زمانی دقیق‌تری را فراهم آورد.

پایش‌های طیف‌سنجی عمیق‌تر و پروژه‌های نقشه‌برداری گاز نیز اهمیت دارند: اگر اختلال عمدتاً در گاز سرد باشد، مشاهدات رادیویی و میلی‌متری که توزیع چگالی و سرعت گازِ سرد را ردیابی می‌کنند باید ساختارهای مشابهی را در چگالی و میدان سرعت نشان دهند. ترکیب داده‌های ستاره‌ای گایا با نقشه‌های گاز HI و CO، و همچنین داده‌های طیف‌سنجی ستاره‌ای که اطلاعاتی دربارهٔ ترکیب شیمیایی و سن ستارگان می‌دهد، می‌تواند تمایز بین محرک‌های داخلی (مانند ناپایداری‌های دیسکی) و خارجی (مانند گذرهای ماهواره‌ای) را ممکن کند.

دیدگاه کارشناسی

«یافتن یک موج عمودی هماهنگ در ستارگان جوان مانند شنیدن صدای زنگی است که در سراسر کهکشان طنین‌انداز می‌شود» می‌گوید دکتر امینه خاطرِی، اخترفیزیکدانی که در این مطالعه مشارکت نداشته است. «این نشان می‌دهد که دیسک خاطره‌ای از برخوردها و اختلالات گذشته را حفظ می‌کند. با DR4 و پایش‌های هدفمند گاز، می‌توانیم شروع به زمان‌بندی این رویدادها کنیم و آن‌ها را به گذرهای مشخص ماهواره‌ای یا ناپایداری‌های داخلی مرتبط سازیم.»

کارهای جاری بررسی خواهند کرد که آیا این موج یک پالس یگانه و قوی ناشی از یک برخورد دراماتیک بوده یا بخشی از الگوی پیوسته‌تری از اختلالات است که توسط ترکیبی از فرآیندها ایجاد می‌شود؛ شامل برخورد با کهکشان‌های کوتوله، تقسیمات درونی دیسک، و تأثیر بازوهای مارپیچی و میلهٔ مرکزی. در هر صورت، این کشف بر اهمیت اخترسنجی مدرن (modern astrometry) و تحلیل کینماتیک ستارگان در باز کردن پنجره‌ای به تاریخ زندهٔ کهکشان راه شیری تأکید می‌کند.

توضیحات روش‌شناختی بیشتر: پژوهشگران از مجموعهٔ شاخص‌ها و فیلترهای کیفی برای کاهش منبع‌های خطا استفاده کردند. آن‌ها باید انحراف‌های سیستماتیک احتمالی در داده‌های پارالاکس و حرکت‌های صحیح گایا را در نظر بگیرند، و همچنین اثرات انتخاب نمونه (selection effects) را که می‌تواند الگوهای مشاهده‌شده را تحریف کند، مورد ارزیابی قرار دهند. مدل‌سازی دینامیکی مبتنی بر شبیه‌سازی‌های N-جسمی و هیدرودینامیکی می‌تواند کمک کند تا سن محتمل اختلال و انرژی لازم برای تولید چنین موجی برآورد شود.

در نهایت، این نتایج به طیفی از پرسش‌های جدید منجر می‌شوند: چه زمانی این اختلال آغاز شده؟ آیا انرژی و اندازهٔ آن با تاریخ شناخته‌شدهٔ گذرهای ساگیتاریوس سازگار است؟ آیا می‌توان امضاهای مشابهی را در کهکشان‌های مارپیچی دیگر مشاهده کرد؟ پاسخ به این پرسش‌ها نیازمند ترکیب داده‌های رصدی متنوع، مدل‌سازی نظری و مقایسهٔ آماری با شبیه‌سازی‌های کیهان‌شناختی خواهد بود — مجموعه کارهایی که راه را برای درک بهتر دینامیک دیسک‌ها و تاریخچهٔ ادغام کهکشان‌ها باز می‌کند.

مطلب مرتبط

ادامه مطلب

بازنگری در سرنوشت کهکشان راه شیری و آندرومدا

بازنگری در سرنوشت کهکشان راه شیری و آندرومدا بیش از یک قرن است که اخترشناسان باور...