تلسکوپ فضایی هابل عکسی بی‌نظیر از ۱۰ میلیارد سال پیش گرفت

تلسکوپ فضایی هابل با نگاه به ۱۰ میلیارد سال گذشته، سامانه‌های اختروش دوتایی را شناسایی کرد که از دید تلسکوپ‌های زمینی مانند یک جرم واحد به‌نظر می‌رسند.

اختروش‌های رصد شده در فاصله‌ی ۱۰ میلیارد سال نوری با زمین قرار دارند و تفکیک آن‌ها از یکدیگر فقط از عهده‌ی چشمان تیزبین هابل برمی‌آید. پژوهشگران معتقدند که دلیل نزدیکی این اختروش‌ها قرار داشتن در هسته‌ی دو کهکشان در حال ادغام است. اما این تنها نمونه‌ی رصد شده نبود و آنان جفت اختروش دیگری را هم در کهکشان‌های در حال ادغام دیگری مشاهده کردند.

کوازار (Quasar) یا اختروش جرمی درخشان در مرکز یک کهکشان دوردست است که می‌تواند باعت درخشش کل کهکشان شود. انرژی کوازار توسط یک سیاهچاله‌ی ابرپرجرم تأمین می‌شود که به‌شدت از درون ریختن مواد متورم می‌شود و جریان شدید تابشی گسیل می‌کند.

• سیاهچاله‌های ممنوعه چگونه شکل می‌گیرند؟

کلید چگونگی تشکیل سیاهچاله‌های دوتایی

«یوئی شن» (Yue Shen) سرپرست این مطالعه از دانشگاه ایلینوی که در نشریه‌ی Nature Astronomy منتشر شده، گفت: «ما تخمین می‌زنیم که در جهان دوردست به ازای هر ۱۰۰۰ اختروش، یک اختروش دوتایی وجود دارد. بنابراین یافتن این دوتایی‌ها مانند یافتن سوزن در انبار کاه است.» چالشی که اکنون هابل به‌خوبی از پس آن برآمده است.

کشف این چهار اختروش راهی جدید برای بررسی برخورهای کهکشانی و ادغام سیاهچاله‌های بزرگ در اوایل جهان است. اختروش‌ها در سراسر آسمان پراکنده شده‌اند و از بیش از ۱۰ میلیارد سال پیش وجود داشته‌اند. در آن زمان شمار ادغام‌های کهکشانی زیاد بوده و سیاهچاله‌ها را تغذیه می‌کرده‌اند. بنابراین به اعتقاد ستاره‌شناسان در آن زمان باید شمار کوازارهای دوتایی زیاد بوده باشد.

«نادیا زاکامسکا» (Nadia Zakamska) پژوهشگر دانشگاه جان هاپکینز گفت: «این واقعا نخستین نمونه از اختروش‌های دوگانه در هنگام اوج شکل‌گیری کهکشان‌هاست. با استفاده از آن می‌توانیم ایده‌های همیشگی خود را درباره‌ی تکامل سیاهچاله‌ها و ادغام کهکشان‌ها و چگونگی کنار هم قرار گرفتن سیاهچاله‌های بزرگ برای تشکیل یک دوتایی بررسی کنیم.»

• ناسا تصویری از دو سیاهچاله‌ی در حال ادغام منتشر کرد

این تیم پژوهشی از تلسکوپ فضایی هابل، تلسکوپ فضایی گایا و نقشه‌برداری آسمانی دیجیتال اسلون به همراه چند تلسکوپ زمینی برای یک سرشماری دقیق از سامانه‌های اختروش دوتایی در اوایل جهان استفاده می‌کنند.

نقش اختروش‌ها در شکل‌گیری کهکشان

مشاهدات اخیر از این جهت مهم است که نقش اختروش در برخوردهای کهکشانی بخشی اساسی از فرآیند شکل‌گیری کهکشان است. هنگامی که دو کهکشان نزدیک شروع به اثرگذاری گرانشی بر روی هم می‌کنند، این اثر مواد کهکشانی را به درون سیاهچاله‌های آن‌ها می‌کشد و باعث درخشندگی اختروش‌ها آن‌ها می‌گردد.

با گذشت زمان تابش این اختروش‌ها با شدت بالا موجب ایجاد بادهای کهکشانی شدیدی می‌شود که بیشتر گازهای کهکشان‌های در حال ادغام را به بیرون می‌راند. در نبود گاز، تشکیل ستاره در کهکشان متوقف شده و کهکشان‌ها به کهکشان‌های بیضوی تبدیل می‌شوند.

ستاره‌شناسان تا کنون بیش از ۱۰۰ اختروش دوتایی را در کهکشان‌های در حال ادغام کشف کرده‌اند اما تا کنون هیچ یک به اندازه‌ی کوازارهای این مطالعه به کمک هابل، قدیمی نیستند. تصویر هابل نشان می‌دهد که اختروش‌های درون هر جفت تنها حدود ۱۰ هزار سال نوری با هم فاصله دارند که ابعادی بسیار کم در مقیاس کیهانی است. برای نمونه فاصله‌ی خورشید ما از سیاهچاله‌ی بزرگ مرکز کهکشان ۲۶ هزار سال نوری است.

دو کهکشان میزبان سرانجام با هم ادغام می‌شوند و سپس اختروش‌ها هم به هم پیوسته و یک سیاهچاله‌ی یکتا را تشکیل می‌دهند.

روش کشف

یافتن این اختروش‌های دوتایی آسان نبود. هابل تنها تلسکوپی است که با قدرت بالای خود می‌تواند به جهان اولیه نگاه کند و دو اختروش نزدیک به هم را که از زمین بسیار دور هستند از هم تفکیک کند.

با این حال وضوح هابل به تنهایی برای یافتن این دو کافی نیست. ستاره‌شناسان ابتدا باید بدانند هابل را به کجا نشانه بروند. یافتن کوازارهای دو تایی در آسمانی که سراسر آن با اختروش پر شده است، خود یک چالش بزرگ محسوب می‌شود.

برای تهیه‌ی فهرستی از نامزدهای احتمالی برای رصد توسط هابل، یک تکنیک ابتکاری و ذهنی نیاز بود که به کمک ماهواره‌ی گایا و نقشه‌بردار دیجیتال اسلون انجام شد. اگرچه داده‌های گایا نمی‌توانند اختروش‌های دوتایی را از هم تفکیک کند، اما می‌تواند تغییر بسیار اندک و غیرمنتظره در موقعیت ظاهری آن‌ها را تشخیص دهد.

عکس‌هایی که هابل از دو جفت کوازار گرفته است.
J0749+2255 در سمت چپ و J0841+4825 در سمت راست
NASA/ESA/H. Hwang and N. Zakamska (Johns Hopkins University)/Y. Shen (University of Illinois, Urbana-Champaign)

اختروش‌ها در جهت قابل اندازه‌گیری در فضا حرکت نمی‌کنند، اما در عوض از آنجا که روشنایی هر عضو اختروش دوتایی متفاوت است، تغییر شکل آن‌ها می‌تواند نشانه‌ای از نوسانات نوری باشد. اختروش‌ها بسته به تغذیه‌ی سیاهچاله در بازه‌های زمانی چند روزه تا یک ماهه می‌لرزند.

این روشنایی متناوب میان جفت اختروش توهم جابه‌جایی آن‌ها را ایجاد می‌کند. با این روش هنگامی که ۴ گزینه‌ی احتمالی نخست با هابل مشاهده شد، به طور واضح نشان داد که دو نمونه از آن‌ها در واقع اختروش دوتایی هستند. یافته‌ای که کاربردی بودن روش استفاده شده را تأیید می‌کند.

«شین لیو» (Xin Liu) از دانشگاه ایلینوی گفت: «این روش جدید نه تنها می‌تواند کوازارهای دوتایی خیلی دورتر را کشف کند، بلکه بسیار از روش‌های قبلی کارآمدتر است.»

مشاهدات بعدی با تلسکوپ‌های جمنای بنیاد ملی علوم آمریکا به دست آمد. «یو-چینگ چن» (Yu-Ching Chen) دیگر عضو تیم پژوهشی در بیان جزئیات این روش خاطرنشان کرد: «طیف‌سنجی وضوح فضایی تلسکوپ جمنای می‌تواند با قاطعیت گزینه‌های نامحتمل را رد کند تا با کمک ویژگی جمع آثار برای سیستم‌های غیرمستقیم ستاره-اختروش که در آن ستاره‌ی جلویی به‌طور تصادفی با اختروش زمینه مطابقت دارد، شانس آن را افزایش دهد.

پژوهش بیشتر

اگرچه این تیم از نتایج خود مطمئن است اما اعلام کرد اندکی احتمال وجود دارد که عکس‌های دوتایی هابل ناشی از عدسی گرانشی باشد. این پدیده زمانی روی می‌دهد که گرانش یک کهکشان میانی عظیم، نور حاصل از اختروش پس‌زمینه را به دو بخش تقسیم می‌کند. هرچند با توجه به اینکه هابل هیچ کهکشان میانی را در نزدیکی دو جفت اختروش کشف نکرده است، پژوهشگران این سناریو را بعید می‌دانند.

ادغام کهکشانی در میلیاردها سال پیش بیشتر بوده، اما هنوز هم شماری از آن‌ها در حال انجام هستند. یک نمونه NGC 6240 است که یک سامانه‌ی نزدیک از کهکشان‌های در حال ادغام است که دارای دو و حتی احتمالا سه سیاهچاله‌ی بزرگ است.

حتی یک ادغام کهکشانی نزدیک‌تر هم چند میلیارد سال آینده که کهکشان راه شیری با کهکشان آندرومدا برخورد می‌کند روی خواهد داد. این برخورد کهکشانی به احتمال زیاد سیاهچاله‌های عظیم هسته‌ی هر دو کهکشان را تغذیه می‌کند و آنها را به‌عنوان اختروش روشن می‌سازد.

تلسکوپ‌های آینده ممکن است دید وسیع‌تری از این سیستم‌های در حال ادغام ارائه کنند. تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا، که یک رصدخانه‌ی فروسرخ است و اواخر امسال پرتاب خواهد شد، کهکشان‌های میزبان اختروش‌ها را بررسی خواهد کرد. این تلسکوپ وب امضاهای ادغام کهکشانی، مانند توزیع نورهای ستاره‌ای و جریان‌های طولانی گاز از کهکشان‌های دارای برهم‌کنش را نشان خواهد داد.

عکس کاور: طرحی گرافیکی از یک سامانه‌ی اختروش دوتایی در کهکشان‌های در حال ادغام

Credit: NASA/ESA/J. Olmsted (STScI)

منبع: Hubble Site