آشکارترین تصویری که تاکنون از ستاره‌زایی در دوردست های کیهان به دست آمده

* آرایه ی بزرگ رادیوتلسکوپی آلما با رصد یک حلقه ی انیشین، جزییاتی باورنکردنی از ستاره زایی های یک کهکشان بسیار دوردست را ثبت کرده است.

آرایه ی رادیوتلسکوپی آلما در برنامه ای به نام  Long Baseline Campaign که برای نخستین بار با بیشترین گستردگی‌اش انجام داده، تصویری دیدنی از یک کهکشان دوردست گرفته که در اثر پدیده ی همگرایی گرانشی بزرگنمایی شده است. در این تصویر، یک بزرگنمایی از مناطق ستاره‌زایی این کهکشان دیده می شود که نمونه اش تاکنون با این سطح از جزییات آن هم در کهکشانی به این دوردستی دیده نشده. این نماها بسیار آشکارتر و واضح تر از نماهای تلسکوپ فضایی اِسا/ناسای هابل‌اند، و توده هایی ستاره‌زا را در این کهکشان نشان می دهند که هم ارز نمونه های غول پیکری مانند سحابی شکارچی (جبار) در کهکشان خودمانند.

چارچوب چپ: نمای تلسکوپ هابل از کهکشان جلویی. در این چارچوب، کهکشان SDP.81 که به شکل حلقه ی تقریبا کامل انیشتین در آمده به سختی دیده می شود. چارچوب میانی: نمای آلما از کهکشان SDP.81 که به شکل حلقه ی انیشتین است به روشنی دیده می شود در حالی که کهکشان جلویی از دید آلما ناپیداست. چارچوب راست: تصویر بازسازی شده ی کهکشان پشتی که به کمک شبیه سازی های پیچیده از همگرایی گرانشی به دست آمده.
این تصویر در اندازه ی بزرگ تر- چارچوب ها در اندازه ی بزرگ تر: چپ، راست. 

آرایه ی رادیوتلسکوپی آلما تاکنون نماهایی شگفت انگیز و داده هایی با جزییات بی سابقه درباره ی کیهان دور و نزدیک تهیه کرده. این آرایه در پایان سال ۲۰۱۴ به عنوان بخشی از یک برنامه، کهکشانی دوردست به نام HATLAS J090311.6+003906 که SDP.81 هم شناخته می شود را به تصویر کشید [اینجا دیدید: * حلقه انیشتین بر گردن یک کهکشان].

نور این کهکشان قربانی یک پدیده ی کیهانی شده که به نام همگرایی گرانشی شناخته می شود: یک کهکشان بزرگ که میان SDP.81 و زمین یا در واقع آلما جای دارد با رفتاری مانند یک عدسی، تصویر آن کهکشان دورتر را پیچانده و بزرگ کرده و باعث پیدایش یک نمونه ی تقریبا کامل از پدیده ای به نام حلقه ی انیشتین شده. [۱]

کهکشان بزرگنمایی شده در زمانی دیده می شود که جهان هستی تنها ۱۵ درصد از سن کنونی را داشت، تنها ۲.۴ میلیارد سال پس از مهبانگ. نور این کهکشان زمانی به اندازه ی دو برابر سن زمین در راه بوده تا به ما برسد (۱۱.۴ میلیارد سال). این نور در مسیرش با رسیدن به کهکشانی به نسبت نزدیک -در فاصله ی ۴ میلیارد سال نوری زمین- راهش کج شده و به چشم ما رسیده.

دستکم هفت گروه از دانشمندان [۲] به طور جداگانه داده هایی که آلما از SDP.81 گرد آورده بود را بررسی کرده اند. دستاوردهای این موج پژوهش، آگاهی های بی سابقه ای درباره ی این کهکشان بوده، از جمله درباره ی ساختار، محتوا، حرکت، و دیگر ویژگی های فیزیکی آن.

تصویری که دانشمندان با مدل‌سازی از روند همگرایی
گرانشی، از کهکشان SDP.81 به دست آورده اند. در
واقع آن ها با وارونه کردن فرآیند اعوجاج، نمای اصلی
این کهکشان، پیش از این که نورش از کنار کهکشان
جلویی بگذرد را بازسازی کرده اند. چنان چه می بینید،
توده های بزرگ مناطق ستاره زایی با جزییاتی خوب
در آن دیده می شود- تصویر بزرگ تر

آرایه ی آلما مانند یک تداخل سنج رفتار می کند. ساده بگوییم، آنتن های پرشمار این آرایه برای گردآوری نور یک جرم، با آن چنان هماهنگی کاملی کار می کنند که دستاوردشان مانند یک تلسکوپ مجازی غول پیکر می شود [۳]. از همین رو تصویر تازه ی SDP.81 هم تقریبا شش برابر [۴] واضح تر از تصاویریست که تلسکوپ هابل در طیف فروسرخ گرفته بوده.

شبیه سازی های پیچیده ی اخترشناسان ساختارهایی شگرف و پیش‌تر دیده نشده را در SDP.81 نشان می دهد که به شکل ابرهای غبار است و پنداشته می شود مخزن های غول آسای گاز سرد مولکولی باشند: زایشگاه های ستارگان و سیاره ها. در واقع این شبیه سازی ها توانسته اند اعوجاجی که توسط عدسی گرانشی در تصویر SDP.81 پدید آمده را درست کرده و نمای اصلی کهکشان را بازسازی کنند.

تصاویر آلما به اندازه ای روشن و باکیفیت است که پژوهشگران می توانند در آن ها توده های ستاره زایی درون این کهکشان را تا اندازه هایی به کوچکی حدود ۲۰۰ سال نوری ببینند. دیدن آن ها هم ارز دیدن نمونه های غول آسای سحابی شکارچی بود که در آن سوی کیهان، با نرخی هزاران برابر ستاره می سازند. این نخستین بارست که این پدیده در چنین فاصله ی دوری دیده می شود.

راب آیویسون، نویسنده ی همکار دو تا از این پژوهشنامه ها و مدیر علمی رصدخانه ی جنوبی اروپا (ESO) می گوید: «تصاویر بازسازی شده ی آلما از این کهکشان محشر است. گستره ی پهناور گردآوری نور آلما، فاصله ی بسیارِ آنتن هایش، و هوای پایدار بر فراز بیابان آتاکاما، همگی دست به دست دادند تا هم طیف ها و هم تصاویر با جزییاتی نفیس به دست آیند. این بدان معناست که مشاهدات ما، و همچنین آگاهیمان درباره ی جابجایی های بخش های گوناگون کهکشان، بسیار دقیق و حس‌مند است. ما می توانیم کهکشان هایی را در دوردست کیهان بررسی کنیم که تازه دارند شکل می گیرند و شمار هنگفتی ستاره می سازند. این از آن چیزهاییست که من صبح ها به خاطرش از خواب بیدار می شوم.»

اخترشناسان همچنین با بهره از داده های طیفی که آلما گرد آورده بود شیوه ی چرخش این کهکشان دوردست را نیز سنجیدند و جرم آن را برآورد کردند. این داده ها نشان می داد که گاز درون این کهکشان ناپایدار است؛ توده هایی از آن دارد در خود می رُمبد، و به احتمال بسیار به نوبه ی خود به مناطق غول پیکر ستاره‌زایی آینده تبدیل خواهند شد.

گفتنی‌است مدل سازی از پدیده ی همگرایی گرانشی، وجود یک سیاهچاله ی ابرپرجرم را هم در مرکز کهکشان جلویی نشان می دهد [۵]. بخش مرکزی SDP.81 در این تصاویر کم نورتر از آنست که دیده شود. این باعث شد دانشمندان به این نتیجه برسند که کهکشان جلویی یک ابرسیاهچاله به جرم بیش از ۳۰۰-۲۰۰ میلیون خورشید در مرکزش دارد.

شمار پژوهشنامه هایی که با بهره از همین یک مجموعه داده ی آلما تهیه شده نشانگر شور و هیجانیست که این آرایه با وضوح بالا و توان گردآوری نورش در دانشمندان به پا کرده. همچنین این را هم نشان می دهد که آلما چگونه می تواند به اخترشناسان برای یافته های بیشتر در سال های پیش رو کمک کند. افزون بر این ها، پرسش هایی باز هم بیشتر را درباره ی سرشت کهکشان های دوردست پیش می آورد.

در دو ویدیوی زیر، نمایی الگووار از همگرایی گرانشی یک کهکشان ستاره-سازِ دوردست دیده می شود. برای دریافت آن ها در اندازه ها و نگارش های گوناگون، به ترتیب به این دو پیوند بروید: A، B.

-------------------------------------------------------

یادداشت ها:

۱) عدسی های گرانشی پدیده هایی بودند که آلبرت انیشتین وجودشان را در بخشی از نظریه ی نسبیت عام خود پیش بینی کرده بود. این نظریه می گوید که اجرام می توانند فضا و زمان را خم کنند. هر نوری که به این بخشِ خمیده ی فضا-زمان برسد، ناچار است این خمیدگیِ ناشی از آن جرم را دنبال کند. این پدیده به ویژه باعث می شود اجرام بزرگی مانند کهکشان ها و خوشه های کهکشانی همانند ذره بین های کیهانی رفتار کنند. "حلقه ی انیشتین" گونه ی ویژه ای از پدیده ی عدسی های گرانشی است که در آن، زمین، کهکشان بزرگ کننده ی جلویی، و کهکشانِ بزرگنمایی شده ی دورتر، همگی به خوبی هم‌تراز و در یک راستا باشند، به گونه ای که عدسی گرانشی یک اعوجاج هماهنگ پدید آورده و حلقه ای از نور به گرد کهکشان جلویی بسازد. این پدیده در ویدیوی نخست (A) نشان داده شده.

۲) نشانی پژوهشنامه های این گروه ها و  نام اعضای آن ها را در پیوند منبع، در بخش More information ببینید.

۳) توانایی آلما برای دیدن ظریف ترین جزییات هنگامی به بالاترین حد می رسد که آنتن هایش بیشترین فاصله را از هم داشته باشند، حدود ۱۵ کیلومتر. برای همسنجی، در این پیوند نماهایی را ببینید که پیش‌تر توسط خود آلما ولی در آرایش فشرده تر (فاصله ی تنها حدود ۵۰۰ متر میان آنتن ها) از عدسی های گرانشی به دست آمده بود.

۴) جزییات کوچک تا اندازه های ۰.۰۲۳ ثانیه ی قوس (۲۳ میلی ثانیه ی قوس) را در این داده ها می توان اندازه گرفت. هابل این کهکشان را در طیف فروسرخ-نزدیک، با وضوح نزدیک به ۰.۱۵ ثانیه ی قوس رصد کرده بود. هرچند به یاد داشته باشید که هابل در طول موج های کوتاه تر می تواند به وضوح های بهتری برسد، تا ۰.۰۲۲ ثانیه ی قوس در فرابنفش-نزدیک. وضوح آلما را بسته به نوع رصد می توان با جابجا کردن آنتن ها و نزدیک تر یا دورتر کردن آن ها از هم تنظیم کرد. در این پژوهش، بیشترین جدایی میان آنتن ها به کار رفت و در نتیجه به بهترین وضوح ممکن انجامید.

۵) وضوح بالای تصاویر آلما به پژوهشگران این توان را می دهد تا بخش مرکزی کهکشان دورتر، که انتظار می رود در مرکز حلقه ی انیشتین پدیدار شود را جستجو کنند. اگر کهکشان جلویی یک ابرسیاهچاله در مرکزش داشته باشد، مرکز تصویرِ کهکشان پشتی هم کم نورتر خواهد شد. میزان کم نوری مرکز تصویر، نشانگر میزان پرجرمی سیاهچاله ی کهکشان جلویی است.

واژه نامه:

ALMA - Long Baseline Campaign - galaxy - star-forming region - NASA - ESA - Hubble Space Telescope - Orion Nebula - Milky Way - HATLAS J090311.6+003906 - SDP.81 - gravitational lensing - Einstein Ring - antenna - molecular gas - star - planet - gravitational lens - Rob Ivison - ESO - Atacama desert - supermassive black hole - lens - Sun - Big Bang - Earth - Albert Einstein - general relativity - galaxy cluster - magnifying glass - near-infrared - wavelength - near-ultraviolet -

منبع: رصدخانه ی جنوبی اروپا (ESO)

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان