ستاره‌شناسان برای نخستین‌بار هاله‌های ماده تاریک کهکشان‌های باستانی را وزن می‌کنند

ایتنا - دانشمندان بر این باور هستند که ماده تاریک هاله‌ای درخشان و کروی از گسیل پرتو ایکس در اطراف مرکز کهکشان راه شیری ایجاد می‌کند.

به گزارش ایتنا و به نقل از اسپیس، گروهی از اخترشناسان برای نخستین‌بار هاله‌های ماده تاریک را که سیاهچاله‌های پرجرم فعال در قلب روشن کهکشان‌های باستانی را تغذیه می‌کنند، «وزن» کردند.

هاله‌های ماده تاریک که انرژی خود را از سیاه‌چاله یا اختروش‌ها می‌گیرند، اغلب از نور ترکیبی هر ستاره در کهکشان‌های اطرافشان درخشان‌تر هستند. این نواحی مرکزی فوق‌العاده درخشان زمانی «مشتعل» می‌شوند که سیاه‌چاله‌های پرجرم (که می‌توانند جرمی میلیاردها برابر خورشید داشته باشند)، به شکل حریصانه‌ای شروع به تغذیه از مواد اطراف می‌کنند.

بنابر مطالعه‌ای که به تازگی انجام شده است، دانشمندان پیشنهاد می‌کنند که هاله‌های ماده تاریک در اطراف چنین کهکشان‌های فعالی می‌توانند به قیف ماده به سمت سیاه‌چاله مرکزی کمک کنند. همچنین این هاله‌ها می‌توانند در قالب یک سرویس تحویل کیهانی عمل کنند و باعث غذارسانی به غول‌ها شوند. این پژوهش جدید حاکی از آن است که چنین مکانیسم تغذیه‌ای واقعاً در اطراف صدها اختروش باستانی وجود داشته و نشان می‌دهد که این همان فرآیندی است که در طول تاریخ کیهان ثابت بوده است.

نوبوناری کاشیکاوا (رهبر گروه پژوهشی و استاد گروه نجوم دانشگاه توکیو)، در بیانیه‌ای گفته است: «ما برای نخستین‌بار جرم معمولی هاله‌های ماده تاریک را که یک سیاهچاله فعال در جهان را احاطه کرده‌اند و مربوط به حدود ۱۳ میلیارد سال پیش است، اندازه‌گیری کردیم. ما متوجه شدیم که جرم هاله ماده تاریک اختروش‌ها تقریباً ثابت است و تقریباً ۱۰ تریلیون برابر جرم خورشید می‌باشد. اندازه‌گیری‌هایی از این دست برای سنجیدن جرم هاله ماده تاریک اخیر در اطراف اختروش‌ها انجام شده است و این اعداد به طرز شگفت‌انگیزی شبیه به چیزی است که ما درباره اختروش‌های باستانی‌تر شاهد هستیم».

او می‌افزاید: «این نکته بسیار جالب است؛ زیرا نشان می‌دهد که یک جرم شاخص برای هاله ماده تاریک وجود دارد که به نظر می‌رسد می‌تواند یک اختروش را فعال کند؛ صرف‌نظر از اینکه میلیاردها سال پیش اتفاق افتاده باشد یا در حال حاضر.»

این امر نه تنها غیرمنتظره است، بلکه از آنجا که سیاهچاله‌های بسیار پرجرم در قلب کهکشان‌ها به شدت بر شکل‌گیری ستاره‌ها و رشد کهکشان‌ها به طور کلی تأثیر می‌گذارند، این مسئله می‌تواند تأثیر عمیقی بر درک دانشمندان از چگونگی رشد کهکشان‌ها در کیهان اولیه و بنابراین چگونگی تکامل کیهان داشته باشد.

ماهیت ماده تاریک یک مشکل مبرم برای علم است؛ زیرا علیرغم اینکه حدود ۸۵ درصد از کل ماده در جهان ما را تشکیل می‌دهد، اما با نور هیچ‌گونه تعاملی ندارد و بنابراین برای ما همچنان نامرئی است.

ستاره‌شناسان می‌توانند حضور ماده تاریک را از طریق اثرات گرانشی آن و تأثیر آن بر ماده استاندارد و عادی که شامل ستارگان، غبار کیهانی و ابرهای گازی، سیارات در کهکشان‌ها و همچنین نور عبوری از آن کهکشان‌ها است، استنتاج کنند. این اثر گرانشی گریزان در نهایت دانشمندان را به این درک سوق داد که بیشتر کهکشان‌ها باید در نوعی هاله ماده تاریک پیچیده شده باشند. در واقع کهکشان‌ها تنها با وجود گرانش ماده مرئی درون خود، قادر نخواهند بود در حالی که با سرعت زیاد می‌چرخند در کنار هم باقی بمانند.

اما حتی زمانی که این تکنیک‌های استنتاج ماده تاریک اصلاح می‌شوند نیز اندازه‌گیری جرم این ماده غیرقابل مشاهده در هاله‌های اطراف کهکشان‌های مجاور دشوار است. همچنین ثابت شده است که اندازه‌گیری ماده تاریک در اطراف کهکشان‌های دورتر (یعنی نخستی)، چالش‌برانگیزتر است؛ زیرا نوری که از این کهکشان‌ها می‌آید بسیار ضعیف است.

با این حال، کاشیکاوا نمی‌خواست این چالش‌ها را کنار بگذارد. او و گروهش می‌خواستند درک بهتری از چگونگی رشد سیاه‌چاله‌ها در کیهان نخستی داشته باشند و به لطف درخشندگی صدها مورد از بزرگ‌ترین و قدرتمندترین این سیاه‌چاله‌ها که به اختروش‌ها سوخت می‌دادند، این پژوهشگران توانستند هاله‌های ماده تاریک در اطراف کهکشان‌های باستانی را برای نخستین‌بار اندازه‌گیری کنند.

نور ساطع‌شده از این اختروش‌های باستانی ۱۳ میلیارد سال طول کشیده تا در کیهان سفر کند و از طریق تلسکوپ‌ها به ما برسد. در طول این سفر حماسی، این نور انرژی خود را از دست داده و طول موج‌های آن کشیده شده‌اند و آنها را از انتهای قرمز طیف نور مرئی به پایین منتقل کرده و به طول‌موج‌های نور فروسرخ تبدیل می‌کنند. ستاره‌شناسان این فرآیند را «تغییر سرخ» می‌نامند.

در سال ۲۰۱۶، کاشیکاوا و تیمش شروع به جمع‌آوری داده‌های فروسرخ از طیف وسیعی از بررسی‌های نجومی انجام‌شده توسط ابزارهای مختلف، در درجه اول تلسکوپ سوبارو در هاوایی پرداختند.

این کار به آنها اجازه داد تا ببینند چگونه نور حاصل از این اختروش‌ها توسط تأثیرات گرانشی ماده تاریک تغییر پیدا کرده است که مانند تمامی مواد دارای جرم، تار و پود فضا را منحرف می‌کند و بنابراین باعث می‌شود مسیر نور منحنی گردد. ستاره‌شناسان این فرآیند را عدسی گرانشی می‌نامند. اندازه‌گیری درجه تاب‌خوردگی و مقایسه آن با مقدار تاب‌خوردگی که باید در نتیجه انبوه ماده معمولی به شکل گاز، غبار و ستاره در این کهکشان‌ها ایجاد شود، جرم ماده تاریک پنهان را آشکار می‌کند.

کاشیکاوا می‌افزاید: «به‌روزرسانی‌ها به سوبارو این امکان را می‌دهند که بتوانند نقاط دورتری را ببیند. در عین حال، ما نیز می‌توانیم با گسترش پروژه‌های رصدی در سطح بین‌المللی مطالب بیشتری بیاموزیم». گفتنی است رصدخانه Vera C. Rubin مستقر در ایالات متحده و حتی ماهواره اقلیدس مستقر در فضا که توسط اتحادیه اروپا در سال جاری پرتاب شد، منطقه بزرگتری از آسمان را پوشش می‌دهد و می‌تواند DMH بیشتری در اطراف اختروش‌ها پیدا کند.

کاشیکاوا در پایان می‌گوید: «ما می‌توانیم تصویر کامل‌تری از رابطه بین کهکشان‌ها و سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم ترسیم کنیم. این امر می‌تواند به تکامل نظریه‌های ما در مورد چگونگی شکل‌گیری و رشد سیاه‌چاله‌ها کمک کند».

لازم به ذکر است که نتیجه مطالعات این گروه پژوهشی در روز ۸ سپتامبر سال ۲۰۲۲ در مجله Astrophysical منتشر شد.