رصد شگفت‌انگیز شکل‌گیری کهکشان‌های کروی دوردست!

کشف جدیدی درباره تشکیل کهکشان‌های بیضوی قدیمی

یک تیم بین‌المللی از محققان، شامل مؤسسه کاولی برای فیزیک و ریاضیات جهان در دانشگاه توکیو (Kavli IPMU, WPI)، شواهدی را پیدا کرده‌اند که نشان می‌دهد کهکشان‌های بیضوی قدیمی در جهان می‌توانند از طریق تشکیل ستاره‌های شدید در هسته‌های اولیه کهکشان‌ها شکل بگیرند. این کشف، درک ما از چگونگی تکامل کهکشان‌ها از دوران اولیه جهان را عمیق‌تر می‌کند، طبق گزارشی که در مطالعه‌ای جدید در مجله Nature منتشر شده است.

کهکشان‌های امروزی جهان از نظر شکل و ساختار بسیار متنوع هستند و به‌طور کلی می‌توان آن‌ها را به دو دسته تقسیم کرد: کهکشان‌های جوان‌تر و دیسک‌مانند، مانند کهکشان راه شیری که هنوز در حال تشکیل ستاره‌های جدید هستند؛ و کهکشان‌های بیضوی قدیمی‌تر که دارای برآمدگی مرکزی هستند و دیگر ستاره‌ای تشکیل نمی‌دهند و عمدتاً فاقد گاز هستند. این کهکشان‌های کروی شامل ستاره‌های بسیار قدیمی می‌باشند، اما چگونگی شکل‌گیری آن‌ها همچنان یک معما باقی مانده بود — تا به حال.

کشف محل‌های تولد کهکشان‌های بیضوی غول‌پیکر — که امروز در مقاله‌ای در مجله Nature اعلام شد — از تحلیل داده‌های آرایه بزرگ میلی‌متری/زیرمیلی‌متری آتاکاما (ALMA) بر روی بیش از ۱۰۰ کهکشان درخشان زیرمیلی‌متری (SMGs) با جابجایی قرمز مربوط به دوران “ظهر کیهانی” به‌دست آمده است، زمانی که سن جهان بین حدود ۱.۶ تا ۵.۹ میلیارد سال بود و بسیاری از کهکشان‌ها به‌طور فعال در حال تشکیل ستاره بودند.

این مطالعه، اولین شواهد مشاهداتی قوی را ارائه می‌دهد که نشان می‌دهد که کهکشان‌های کروی می‌توانند به‌طور مستقیم از طریق تشکیل ستاره‌های شدید در هسته‌های کهکشان‌های ستاره‌فشان با درخشندگی بالا در دوران اولیه جهان شکل بگیرند، بر اساس یک دیدگاه جدید از باند زیرمیلی‌متری. این پیشرفت تأثیر قابل توجهی بر مدل‌های تکامل کهکشان‌ها خواهد داشت و درک ما از چگونگی شکل‌گیری و تکامل کهکشان‌ها در سراسر جهان را عمیق‌تر می‌کند.

تحقیقات جدید درباره کهکشان‌ها و شکل‌گیری آن‌ها

در این مطالعه، محققان به رهبری کینگ‌هوا تان، پژوهشگر همکار در رصدخانه کوه بنفش آکادمی علوم چین، و با همکاری جان سیلورمن، استاد در مرکز پژوهش‌های کافلی IPMU، بوریس کالی‌تا، پژوهشگر پروژه، و ژائو شوان لیو، دانشجوی تحصیلات تکمیلی، از تحلیل‌های آماری توزیع روشنایی سطحی انتشار گرد و غبار در باند زیرمیلیمتری استفاده کردند و آن را با یک تکنیک تحلیلی نوین ترکیب کردند.

آن‌ها دریافتند که انتشار زیرمیلیمتری در بیشتر کهکشان‌های نمونه، بسیار فشرده است و پروفایل‌های روشنایی سطحی آن‌ها به‌طور قابل توجهی از پروفایل‌های دیسک‌های نمایی منحرف می‌شوند. این یافته نشان می‌دهد که انتشار زیرمیلیمتری معمولاً از ساختارهایی ناشی می‌شود که به‌طور طبیعی شکل‌های کروی دارند. شواهد بیشتر برای این شکل کروی از تحلیل دقیق هندسه سه‌بعدی کهکشان‌ها به‌دست آمده است. مدل‌سازی بر اساس توزیع نسبت محورهای کج‌شده نشان می‌دهد که نسبت کوتاه‌ترین به بلندترین محورهای سه‌گانه آن‌ها به‌طور متوسط نصف است و با فشردگی فضایی افزایش می‌یابد. این موضوع نشان‌دهنده‌ی این است که بیشتر این کهکشان‌ها که دارای نرخ تشکیل ستاره بالایی هستند، به‌طور ذاتی کروی هستند، نه دیسکی.

این کشف با شبیه‌سازی‌های عددی پشتیبانی شده و بیانگر این است که مکانیزم اصلی پشت شکل‌گیری این کهکشان‌های سه‌بعدی (کروی) عمل هم‌زمان جذب گاز سرد و تعامل کهکشان‌ها است. این فرآیند به‌نظر می‌رسد در اوایل جهان، در دوره‌ای که بیشتر کروی‌ها در حال شکل‌گیری بودند، بسیار رایج بوده است. این می‌تواند درک ما از شکل‌گیری کهکشان‌ها را بازتعریف کند.

این تحقیق به لطف پروژه‌های آرشیوی A3COSMOS و A3GOODSS ممکن شده است که به محققان این امکان را داد تا تعداد زیادی کهکشان را با نسبت سیگنال به نویز کافی برای تحلیل دقیق جمع‌آوری کنند. اکتشافات آینده از ثروت مشاهدات ALMA که در طول سال‌ها جمع‌آوری شده و همراه با مشاهدات جدید زیرمیلیمتری و میلیمتری با وضوح و حساسیت بالاتر، به ما این امکان را خواهد داد که به‌طور سیستماتیک گاز سرد در کهکشان‌ها را مطالعه کنیم. این موضوع بینش بی‌سابقه‌ای درباره توزیع و کینماتیک مواد خامی که سوخت تشکیل ستاره را تأمین می‌کنند، ارائه خواهد داد.

با قابلیت‌های قدرتمند Euclid، تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) و تلسکوپ ایستگاه فضایی چین (CSST) برای نقشه‌برداری از اجزای ستاره‌ای کهکشان‌ها، ما تصویر کامل‌تری از شکل‌گیری کهکشان‌های اولیه خواهیم داشت. این بینش‌ها به ما کمک خواهند کرد تا درک عمیق‌تری از چگونگی تکامل کل جهان در طول زمان پیدا کنیم.