64 دقیقه
یک تیم از ستارهشناسان یک رشته عظیم و مارپیچی از کهکشانها را شناسایی کردهاند که بهظاهر مانند یک گردباد کیهانی با حرکت بسیار کند در حال چرخش است. این فیلامان که طول آن به دهها میلیون سال نوری میرسد، نه تنها طولانیترین ساختار چرخان مشاهدهشده تاکنون است، بلکه سرنخهای تازهای در مورد نحوهٔ کسب تکانه زاویهای توسط کهکشانها و نقش سازهٔ نامرئی جهان — یعنی وب کیهانی — در شکلدهی مادهٔ مرئی فراهم میآورد.
یک سوزن کهکشانی با پیچشی غافلگیرکننده
در فاصلهٔ حدود 440 میلیون سال نوری از زمین، پژوهشگران نخستین بار در مشاهدات رادیویی با تلسکوپ MEERKAT و در چارچوب رصدنگاه MIGHTEE به یک چینش غیرعادی از کهکشانها برخوردند. در این دادهها چهارده کهکشان بهطرز غیرمعمولی راست و شبیه به یک سوزن به طول تقریبی 5.5 میلیون سال نوری و پهنای حدود 117 هزار سال نوری قرار گرفته بودند. جهتگیریهای کهکشانها در امتداد طول ساختار با هم همبستگی داشت؛ الگویی بیشازحد منظم که بعید بود صرفاً تصادفی باشد.
برای ارزیابی اینکه آیا این چینش یک پدیدهٔ محلی و تصادفی است یا جزئی از ساختار بزرگتری، تیم تحقیقاتی میدان را با مجموعهدادههای اپتیک و فروسرخ عمومی مانند Sloan Digital Sky Survey (SDSS) و Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) مقایسه کرد. نتیجه چشمگیر بود: 283 کهکشان دیگر تقریباً در همان فاصله و در امتداد همان محور شناسایی شدند و آنها نیز همراستا و همجهت بهنظر میرسیدند؛ شاخص دیگری از همبستگی بلنددامنه در جهتگیری کهکشانها در این فیلامان.
این یافتهٔ ابتدایی دربارهٔ همجهت بودن کهکشانها اهمیت دارد، اما آنچه این کشف را به یک نتیجه خبری تبدیل کرد، دادههای جنبشی (کینماتیک) بود. با اندازهگیری اختلافهای ردشیفت در سراسر فیلامان، ستارهشناسان الگوی منظمی یافتند که با چرخش سازگار است. در یک سمت رشته، نور کهکشانها کمی به طولموجهای آبیتر منتقل شده بود که نشاندهندهٔ حرکت به سمت ما است؛ در سوی دیگر، نور قرمز شدگی نشان میداد که کهکشانها از ما دور میشوند. مدلسازیهای انجامشده سرعت مماسی порядка 110 کیلومتر بر ثانیه را نشان داد که مقداری هماندازه با سرعت نسبیِ نزدیکشدن کهکشان راه شیری و آندرومدا است.
A diagram illustrating the filament
این الگو دلالت دارد بر اینکه کل فیلامان دارای حرکتی ورتیکال یا گردابی حول ستون فقرات خود است. در صورتی که این نتیجه توسط مشاهدات مستقل تایید شود، این ساختار طولانیترین فیلامان چرخانِ همگن کشفشده تا امروز خواهد بود و شواهد مشاهدهای مستقیمی ارائه میدهد که ساختارهای بزرگمقیاسِ کیهان میتوانند تکانه زاویهای (Angular Momentum) را در سطحی منسجم حمل کنند.
چرا این موضوع مهم است: پیوند با وب کیهانی و شکلگیری کهکشان
این فیلامان در چارچوب وب کیهانی قرار دارد؛ شبکهٔ وسیعِ مادهٔ تاریک و گاز که کهکشانها را به صورت فیلامانها، صفحات و خلأها ساماندهی میکند. وب کیهانی، هرچند مستقیم قابل مشاهده نیست، تعیینکنندهٔ مکان تجمع ماده و مسیرهای رشد کهکشانهاست. این یافته از انتظارات نظریِ مدلهای گشتاور کشندی (Tidal Torque) پشتیبانی میکند، مدلی که میگوید نامتقارنیها در اوایل تاریخ جهان میتواند تکانه زاویهای را به نواحی در حالِ فروپاشی منتقل کند؛ اول به فیلامانها و سپس به کهکشانهای درون آنها.
انتقال تکانه زاویهای و نظریهٔ گشتاور کشندی
نظریهٔ گشتاور کشندی پیشبینی میکند که برهمکنشهای گرانشیِ در دوران شکلگیری ساختار، به مناطق در حال فروپاشی چرخش (spin) میدهد. مشاهدهٔ اینکه کهکشانهایِ موجود در این فیلامان هم جهتگیری مشابه و هم حرکت چرخشی مشترک دارند نشان میدهد که فیلامانها میتوانند همچون «نوارهای انتقال» تکانه عمل کنند و کمک کنند تا جهت و شدت چرخش کهکشانها در مراحل اولیهٔ زندگی آنها تعیین شود. این مکانیسم توضیحی فیزیکی برای همسوئی کلیِ جهتگیریهای کهکشانی در مقیاسهای بزرگ فراهم میآورد.
سوختِ شکلگیری ستارهها
علاوه بر نشانههای کینماتیکی، فیلامان میزبان گاز خنک و خنثیِ پراکندهٔ هیدروژن (HI) است و کهکشانهای عضو نیز از هیدروژنِ فراوان برخوردارند؛ ذخایری که سوخت لازم برای شکلگیری ستارهها را فراهم میکنند. فیلامانهای کیهانی بنابراین میتوانند نقش دوگانهای ایفا کنند: کانالیزه کردن ماده به داخل کهکشانها و همزمان القای دینامیک چرخشی که بر روند تحول کهکشانی تاثیر میگذارد. جریانهای گاز در امتداد فیلامان ممکن است بهطور پیوسته هیدروژن سرد را تأمین کنند و بدین ترتیب نرخهای تشکیل ستاره را در کهکشانها تحتتاثیر قرار دهند.
مشاهدات و ابزارهایی که این کشف را ممکن ساختند
این نتیجه نمونهای از کاربرد واقعی نجوم چندطولیموج (multi-wavelength astronomy) است. کشف اولیه با دادههای رادیویی MEERKAT و در چارچوب پیمایش MIGHTEE انجام شد که توانایی شناسایی اجرامی غنی از هیدروژن و انتشار رادیویی ضعیف را داشت. پوشش اپتیکی و فروسرخ از SDSS و DESI شمارش کهکشانها را گسترش داد و ردشیفتهای دقیق لازم برای نقشهبرداری سرعتها در امتداد ساختار را فراهم آورد.
ترکیب دادههای رادیویی، اپتیک و طیفیْ تحقیق را از یک همراستایی کنجکاوانه به اندازهگیری کینماتیکِ مستدل رساند. آیاکتِ روشهایی مانند نقشهبرداری HI خط 21 سانتیمتری، طیفنگاری میدانی یکپارچه (integral-field spectroscopy)، و اندازهگیریهای لنزضعیف میتوانند در پیگیریهای بعدی به تعیین توزیع مادهٔ تاریک، دمای گاز و پروفیل چرخشی دقیقتر فیلامان کمک کنند.
در مرحلهٔ بعدی، برنامهریزی برای رصدهای هدفمند با تداخلسنجهای رادیویی با تفکیکپذیری بالاتر، ابزارهای طیفیِ میدانیکپارچه در اپتیک و فروسرخ، و پیمایشهای نسل بعدی در دستور کار است تا مشخص شود آیا حرکت چرخشی به مولفهٔ مادهٔ تاریک نیز سرایت میکند یا صرفاً در مؤلفهٔ گازی و کهکشانی محدود مانده است.
پیامدها برای کیهانشناسی و تکامل کهکشان
یافتن چنین فیلامان طولانی و چرخانی چارچوبهای مدلسازی شکلگیری ساختار بزرگمقیاس را محدود میکند. این کشف نشان میدهد که تکانه زاویهای میتواند در مقیاسی بسیار بزرگتر از اندازهٔ یک کهکشان بهطور منسجم ساماندهی شود و این امر ممکن است بر فرآیندهایی مانند ادغام کهکشانها، شکلگیری صفحات گالیهای (disk formation) و تاریخچهٔ تشکیل ستاره تاثیر بگذارد. اگر فیلامانها به طور معمول چرخش را به کهکشانها منتقل کنند، این میتواند برخی از همبستگیهای جهتگیری در مقیاس بزرگِ کهکشانها را که در پیمایشها مشاهده شدهاند توضیح دهد.
پژوهشگران اشاره میکنند که این فیلامان آزمایشگاهی ایدهآل برای مطالعهٔ رابطهٔ بین گاز بینکهکشانی با چگالی پایین و رشد کهکشانها فراهم میآورد؛ زیرا وجود مخزن هیدروژن سرد نشاندهندهٔ جریانهای اکسکرتی (accretion) مداوم و تأمین سوخت تشکیل ستاره است. بررسی جزئیات توزیع جرم، فراوانی شتابهای گازی و پراکندگی زوایا میتواند دیدگاههای تازهای دربارهٔ فرایندهای تغذیه و تغییر شکل کهکشانها عرضه کند.
A deep field image obtained using the JWST
دیدگاه یک کارشناس
دکتر مایا کووِندیش، کیهانشناس رصدی که در این مطالعه دخیل نبوده است، میگوید: «این کشف هیجانانگیز است چون هندسه و حرکت را در مقیاسهایی واقعاً عظیم به هم پیوند میدهد. اغلب ما کهکشانها را به صورت مجزا میبینیم که در فضا میچرخند؛ اما این فیلامان نشان میدهد که چرخش آنها میتواند ویژگیای جمعی باشد که توسط شبکهٔ گستردهتر مادهٔ تاریک هدایت میشود. تایید موارد مشابه بیشتر به ما خواهد گفت که آیا چنین چرخشِ منسجمی نادر است یا ویژگی رایجی از وب کیهانی.»
گامهای بعدی: آزمونها و رصدهای آینده
برای توسعهٔ این نتیجه، ستارهشناسان به نقشههای عمیقتر و با تفکیکبالاتر از گاز و مادهٔ تاریک در پیرامون فیلامان نیاز دارند. رصدهای هدفمند با تداخلسنجهای رادیوییِ دارای حساسیتِ بالاتر برای خط 21 سانتیمتری HI، طیفنگارهای میدانیکپارچه برای استخراج میدان سرعت دو بعدی، و بررسیهای لنزضعیف گرانشی میتوانند توزیع جرم کلِ فیلامان را آشکار سازند و نشان دهند که آیا چرخش فراتر از مؤلفهٔ باریونی (باریونها: گاز و ستارگان) به مولفهٔ مادهٔ تاریک امتداد دارد یا خیر.
شبیهسازیهای عددی که برای بازتولید یک فیلامان مارپیچی و طولانی تنظیم شوند نیز به آزمونِ طبیعیبودن چنین پدیدهای در مدلهای کنونی کمک خواهند کرد. چنین شبیهسازیهایی باید شامل فیزیک گاز، کوپلینگ بین مادهٔ تاریک و باریونها، و اثرات گرانشی بلنددامنه باشند تا مشخص شود آیا شرایط اولیهٔ کیهان و پویایی غیرخطی میتوانند بهطور طبیعی چنین فیلامانهایی تولید کنند.
چه این تورنادوی کیهانی منحصربهفرد باشد و چه نمونهای از پدیدهای فراگیر، کشف آن بر توانمندی رو به رشد پیمایشهای هماهنگ و اهمیت جستجوی نشانههای دینامیکی در بزرگترین مقیاسها تأکید میکند. وب کیهانی یک پسزمینهٔ ایستا نیست؛ بلکه میتواند حرکت، تکانه و حافظهٔ اوایل کیهان را به کهکشانهایی که امروز میبینیم منتقل کند.
در آینده نزدیک، جمعآوری نمونهٔ آماری از فیلامانهای چرخان — از طریق ترکیبِ دادههای رادیویی، طیفی و لنزضعیف — برای تعیین فراوانی و توزیع این پدیده بسیار ارزشمند خواهد بود. چنین مجموعهای میتواند معیاری قوی برای ارزیابی نقش گشتاور کشندی در شکلدادن به جهتگیریها و چرخش کهکشانها فراهم کند و مسیرهای جدیدی برای درک تعاملِ مادهٔ تاریک، گاز میانکهکشانی و رشد کهکشانها بگشاید.
از نظر تکنیکی، چالشهای مهم شامل افزایش حساسیت در اندازهگیریهای ردشیفت، تفکیک بهتر ویژگیهای فضازمانیِ سرعت، و تفریق سیگنالهای محلیِ ناشی از سیستمهای کهکشانی فردی از سیگنال همگانیِ فیلامان است. همچنین نیاز به همکاری بین نقشهبرداریهای با میدان گسترده و رصدهای عمیقِ متمرکز وجود دارد تا هم تصویر کلی و هم جزئیات داخلی فیلامان با دقت بررسی شوند.
در نهایت، این کشف یادآور میشود که کیهان پیچیدهتر و دینامیکتر از آن است که گاهی از دادههای سطحی استنباط میشود؛ ساختارهای عظیم میتوانند نظم و حرکتهای منسجم خود را حفظ کنند و این همان چیزی است که مطالعهٔ وب کیهانی، چرخش کهکشانی و توزیع مادهٔ تاریک را به موضوعاتی مرکزی در کیهانشناسی مدرن تبدیل میکند.
منبع: sciencealert
نظرات
نوا_x
یه کم اغراق شده انگار، تا وقتی لنزضعیف و طیفنگاری میدانِ یکپارچه نداشته باشیم نمیشه مطمئن بود. ولی ایدهش جذابه، پیگیری لازمه
آسمانچرخ
خبر خوبیه؛ ترکیب MEERKAT و DESI قوی بوده. اما بدون نقشهٔ مادهٔ تاریک نمیدونیم آیا چرخش به مادهٔ تاریک هم رسیده یا فقط گازی است
آرشام
تو شبیهسازیهای ساده دیدم فیلامانها گاز رو محوری میارن و تکانه منتقل میکنن، خوشحالم که مشاهدات هم نشون میده مشابه بوده
آستروس
بامعناست، مدلهای گشتاور کشندی میتونن چنین همجهتی رو توضیح بدن. اما آمار و نمونه بیشتر لازمه، هنوز قاطع نیست
توربوام
این واقعا چرخشِ کل فیلامانه یا شاید نویز و جهتگیری تصادفی باشه؟ باید رصدِ مستقل باشه، الکی هیجانزده نشیم...
دیتاپک
وای، جدی؟ فیلامانِ چرخان به این عظمت؟ تصورش برام سخته! سرعت مماسی ۱۱۰ کیلومتر بر ثانیه، یعنی واقعاً یه گردباد کهکشانی؟
ارسال نظر