کشف ویژگی‌های شگفت‌انگیز رودخانه ستارگان توسط فیزیکدانان

راه‌حلی برای معمای جریان ستاره‌ای GD-1

فیزیکدانان راه‌حلی برای معمایی قدیمی در مورد **جریان ستاره‌ای GD-1** ارائه داده‌اند. این جریان یکی از بهترین **مطالعه‌شده‌ترین** جریان‌ها در هاله کهکشانی راه شیری است که به خاطر ساختار باریک و طولانی‌اش و ویژگی‌های غیرمعمولی مانند **شاخ** و **شکاف** شناخته می‌شود. تیمی از محققان به رهبری **های-بو یو** در دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید، پیشنهاد داده‌اند که یک زیرهاله **ماده تاریک خودتعامل‌گر** (SIDM) که به‌طور مرکزی در حال فروپاشی است، مسئول ویژگی‌های خاص شاخ و شکاف در جریان ستاره‌ای GD-1 است.

نتایج این تحقیق در نشریه Letters of The Astrophysical Journal منتشر شده است. این پژوهش می‌تواند پیامدهای مهمی برای درک ویژگی‌های **ماده تاریک** در جهان داشته باشد. یک جریان ستاره‌ای به گروهی از ستاره‌ها اطلاق می‌شود که به‌طور جمعی در یک مسیر مشترک حرکت می‌کنند. **شکاف** به کمبود محلی ستاره‌ها در طول جریان اشاره دارد، در حالی که **شاخ** به انباشت بیش از حد ستاره‌ها که از بدنه اصلی جریان بیرون می‌زند، اطلاق می‌شود.

از آنجا که **ماده تاریک** بر حرکت جریان‌های ستاره‌ای تأثیر می‌گذارد، ستاره‌شناسان می‌توانند از این جریان‌ها برای ردیابی **ماده تاریک نامرئی** در کهکشان‌ها استفاده کنند. **هاله کهکشانی راه شیری**، که منطقه‌ای تقریباً کروی است که کهکشان را احاطه کرده، شامل **ماده تاریک** است و فراتر از لبه قابل مشاهده کهکشان گسترش می‌یابد. تصاویری از جریان‌های ستاره‌ای معروف در کهکشان راه شیری را می‌توانید اینجا مشاهده کنید.

ستاره‌شناسان متوجه شدند که ویژگی‌های شاخ و شکاف در جریان ستاره‌ای GD-1 به راحتی نمی‌تواند به تأثیر گرانشی خوشه‌های کروی شناخته‌شده یا کهکشان‌های ماهواره‌ای راه شیری نسبت داده شود. با این حال، این ویژگی‌ها می‌توانند به وسیله یک جسم مزاحم ناشناخته، مانند یک زیرهاله، توضیح داده شوند. اما چگالی این جسم باید به‌طور قابل توجهی بالاتر از آنچه که توسط زیرهاله‌های **ماده تاریک سرد** (CDM) پیش‌بینی شده، باشد.

تحقیقات جدید درباره هاله‌های فرعی SIDM و ویژگی‌های جریان GD-1

یُو، استاد فیزیک و نجوم، توضیح داد: “هاله‌های فرعی CDM معمولاً فاقد چگالی لازم برای تولید ویژگی‌های متمایز مشاهده‌شده در جریان GD-1 هستند.” او افزود: “با این حال، تحقیقات ما نشان می‌دهد که یک هاله فرعی SIDM در حال فروپاشی می‌تواند به چگالی مورد نیاز دست یابد. چنین هاله فرعی متراکم، به اندازه کافی چگال خواهد بود تا تأثیر گرانشی لازم برای توضیح اختلالات مشاهده‌شده در جریان GD-1 را اعمال کند.”

ماده تاریک، که به طور مستقیم قابل مشاهده نیست، به عنوان ۸۵٪ از ماده موجود در جهان در نظر گرفته می‌شود. ماهیت آن هنوز به خوبی درک نشده است. نظریه غالب ماده تاریک، CDM، فرض می‌کند که ذرات ماده تاریک بدون برخورد هستند. SIDM، یک شکل نظری از ماده تاریک، پیشنهاد می‌کند که ذرات ماده تاریک از طریق یک نیروی تاریک جدید با یکدیگر تعامل می‌کنند.

در مطالعه خود، یُو و تیمش از شبیه‌سازی‌های عددی به نام شبیه‌سازی‌های N-body برای مدل‌سازی رفتار یک هاله فرعی SIDM در حال فروپاشی استفاده کردند. یُو گفت: “یافته‌های تیم ما توضیح جدیدی برای ویژگی‌های دندانه‌دار و شکاف‌های مشاهده‌شده در GD-1 ارائه می‌دهد که مدت‌ها تصور می‌شد نشان‌دهنده یک برخورد نزدیک با یک جسم چگال باشد.” او ادامه داد: “در سناریوی ما، اختلال‌گر همان هاله فرعی SIDM است که توزیع‌های فضایی و سرعت ستاره‌ها در جریان را مختل کرده و ویژگی‌های متمایزی را که در جریان ستاره‌ای GD-1 مشاهده می‌کنیم، ایجاد می‌کند.”

به گفته یُو، این کشف همچنین بینش‌هایی درباره ماهیت خود ماده تاریک ارائه می‌دهد. او گفت: “این کار یک مسیر جدید و امیدوارکننده برای بررسی خواص خود-تعامل ماده تاریک از طریق جریان‌های ستاره‌ای باز می‌کند.” او افزود: “این یک گام هیجان‌انگیز به جلو در درک ما از ماده تاریک و دینامیک کهکشان راه شیری است.”

یُو در این تحقیق با شینگیو ژانگ و دنانگ یانگ از دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید و ایتن او. نادلر از دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو همکاری داشت. این کار توسط وزارت انرژی ایالات متحده و بنیاد جان تمپلتون حمایت شد.