کهن‌ترین کهکشان مارپیچی می‌تواند رازهایی را درباره بازوهای مارپیچی آشکار کند

کهکشان مارپیچی ای۱۶۸۹بی۱۱ پشت یک خوشه‌ی کهکشانی غول‌پیکر جای دارد و این خوشه با رفتاری مانند یک عدسی، دو تصویر بزرگنمایی شده از این کهکشان مارپیچی، در دو نقطه‌ی آسمان درست کرده [دو چارچوب پیوست].

چندی پیش اخترشناسان کهن‌ترین کهکشان مارپیچی که تاکنون دیده شده را یافتند- نوری که از این کهکشان می‌بینیم زمانی از آن جدا شده بوده که تنها ۲.۵ میلیارد سال از عمر کیهان می‌گذشت. به باور اخترشناسان، این کهکشان می‌تواند یکی از نخستین اجرام از این گونه، و نمایانگر آغاز روزگار کهکشان‌های قرص‌گون باشد.

برخلاف کهکشان‌های بیضیگون که نمایی ساده و توده‌وار دارند، کهکشان‌های مارپیچی دارای بازوانی چرخان و میله‌هایی انباشته از ستاره با مناطق درخشان ستاره‌زایی هستند. دانشمندان بیش از ۵۰ سال است که بر سرِ چگونگی ساخته شدن کهکشان‌های مارپیچی و این که آیا می‌توانند ساختار خود را در درازمدت حفظ کنند درگیرند.

اکنون با این داده‌های تازه، عنوان آغازین‌ترین کهکشان مارپیچی به A1689B11 (ای۱۶۸۹بی۱۱) می‌رسد که پس از (Q2343-BX442) "کیو۲۳۴۳-بی‌ایکس۴۴۲"، دومین کهکشان مارپیچی‌ای است که در ۳.۳ میلیارد سال نخست تاریخ کیهان یافته می‌شود.

کیهان در ۲.۵ میلیارد سالگی به طور عمده پر از کهکشان‌های توده‌ای و نامنظم بود، ولی تا یک میلیارد سال پس از آن، کهکشان‌های مارپیچی هم ساختارهایی رایج و فراگیر شدند. امروزه ۷۰ درصد کهکشان‌های کیهان بازوهای مارپیچی دارند. دانشمندان می‌خواهند بدانند این مرز سنی به دلیل محدودیت رصدی ما است (که نمی‌توانیم دورتر از آن را به خوبی ببینیم)، یا دستاورد یک سازوکار فیزیکی در روزگار آغازین کیهان است.

تصویری با رنگ‌آمیزی نمایشی که از پیوند داده‌های تلسکوپ فضایی هابل و تلسکوپ کک درست شده و رکورددار پیشینِ دورترین کهکشان مارپیچی را نشان می‌دهد: "کیو۲۳۴۳-بی‌ایکس۴۴۲". توده‌ی بالا، سمت چپ یک کهکشان همدم است که شاید گرانش آن باعث شده ساختار مارپیچی پدید بیاید

این کهکشان افزون بر رکوردش، ویژگی‌های شگفت‌انگیزی هم دارد. یک ستاره‌زای شگرف است که با نرخی ۲۰ برابر کهکشان‌های امروزی ستاره می‌سازد -چیزی که ویژگی بسیاری از کهکشان‌های باستانی‌ست- ولی همچنین یک قرص سرد و نازک، با تلاطم اندک هم دارد -چیزی که کمتر در کهکشان‌های آن روزگار دیده شده.

تیان‌تیان یوان، نویسنده‌ی اصلی پژوهش و اخترشناس دانشگاه صنعتی سوینبرن در ملبورن استرالیا می‌گوید: «این تنها "یک" کهکشانست- می‌تواند یک داده‌ی آماری پرت باشد. با یافتن نمونه‌های دیگر می‌توانیم بفهمیم که این موردی رایج است یا استثنا. ما باید روزگار دور را بررسی کنیم تا ببینیم آیا در آن هنگام شرایط کافی برای پیدایش بازو وجود داشته یا نه.

شیوه‌ی پیدایش بازوهای کهکشانی به طور کامل شناخته نشده، و این کهکشان به طور ویژه بینش‌های کلیدی درباره‌ی پدید آمدن بازوها در روزگار آغازین به ما می‌دهد. اخترشناسان در گذشته می‌پنداشتند بازوهای مارپیچی در کیهان آغازین در پی ادغام کهکشان‌ها درست می‌شدند [نظریه‌ای که] مناسب کهکشان‌های مارپیچی داغ و کم‌عمر بود. ولی ویژگی‌های ای۱۶۸۹بی۱۱ نشان می‌دهد که در اثر یک ادغام پدید نیامده، بلکه دستاورد سازوکار دیگری به نام نظریه‌ی موج چگالی (density wave) است.»

این نظریه برای کهکشان‌هایی با قرص‌های نازک و خنک کاربرد دارد. نظریه‌ی موج چگالی نیاز به چیزی -مانند یک ابرنواختر- دارد تا نظم درون قرص چرخان یک کهکشان را به هم بزند و توده‌هایی با چگالی بیشتر بسازد. هنگامی که ستارگان در مدارشان به گرد مرکز کهکشان، از درون این مناطق چگال‌تر می‌گذرند، به طور موقت از سرعتشان کم می‌شود و بازوی مارپیچی درست می‌شود.

[این فرآیند را می‌توان مانند ترافیک در یک خیابان دانست که پشت سر خودروهای کم‌سرعت درست می‌شود و باعث می‌گردد خودروها پشت آنها انباشته شوند. خودروهای (در یک کهکشان، ستاره‌ها و گاز و غباری) درون این انباشت‌ها می‌توانند با گذشت زمان در اثر سرعت‌های نسبی‌شان تغییر کنند (جای خود را به پشت سری‌ها بدهند)، ولی خود توده (موج چگالی، در کهکشان: بازو) بر جا می‌ماند.]

کهکشان فرفره (ام۱۰۱) یک کهکشان مارپیچی رو-نما در فاصله‌ی تنها ۲۵ سال نوری است. کهکشان‌های مارپیچی احتمالا در اثر پدیده‌ای به نام امواج چگالی بازو در می آورند. این فرآیند را می‌توان مانند ترافیک در یک خیابان دانست که پشت سر خودروهای کم‌سرعت درست می‌شود و باعث می‌گردد خودروها پشت آنها انباشته شوند. خودروها (در یک کهکشان، ستاره‌ها و گاز و غبار) که این انباشت‌ها را پدید می‌آورند می‌توانند با گذشت زمان در اثر سرعت‌های نسبی‌شان تغییر کنند (جای خود را به پشت سری‌ها بدهند)، ولی خود توده (موج چگالی، در کهکشان: بازو) بر جا می‌ماند. این تصویر در اندازه‌ی بزرگ‌تر

نظریه‌ی موج چگالی می‌تواند پیدایش بازوهای مارپیچی در کهکشان‌های قرص‌گون نازک و خنک را به خوبی توضیح دهد ولی برای قرص‌های کلفت‌تر و گرم‌تر سازوکار دیگری جریان کاربرد دارد. در این کهکشان‌ها، بازوها می‌توانند در فرآیندی با نام تقویت نوسان (swing amplification) پدید بیایند؛ در این فرآیند، مناطق چگال‌تر، مواد را می‌روبند (جاروب می‌کنند). این فرآیند کهکشان‌های مارپیچی کم‌عمرتری نسبت به فرآیند موج گرانشی پدید می‌آورد.

ای۱۶۸۹بی۱۱ را تنها به کمک پدیده‌ی همگرایی گرانشی توانستیم ببینیم: یک خوشه‌ی کهکشانی نزدیک‌تر که میان ما و یک جرم دوردست است، با رفتاری مانند یک عدسی گرانشی، نور آن جرم را خم کرده و با بزرگنمایی به چشم ما می‌رساند. دانشمندان با بهره از این ترفند توانستند نماهایی چشمگیر از این کهکشان دوردست به دست آورند و ساختار مارپیچی‌اش را شناسایی کنند. به گمان دانشمندان، با آغاز به کار تلسکوپ فضایی جیمز وب که بیش از دو برابر بزرگ‌تر از هابل است انبوهی از کهکشان‌های مارپیچی در آغاز کیهان یافته خواهد شد. یوان می‌گوید: «بله، کهکشانی مانند این کمیاب است، ولی ما به طور قطع باز هم خواهیم یافت.»

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

تلگرام و توییتر یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

twitter.com/1star_7sky

واژه‌نامه:

spiral galaxy - disk galaxy - elliptical galaxy - arm - bar - star formation - A1689B11 - Q2343-BX442 - irregular galaxy - spiral arm - Tiantian Yuan - Swinburne University of Technology - Melbourne - Australia - density wave - supernova - swing amplification - lens - cluster of galaxies - Earth - James Webb Space Telescope - Hubble Space Telescope - false-color - Keck Telescope - Pinwheel Galaxy - M101 - face-on - traffic

منبع: astronomy.com

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان