ستاره شناسان ابر گازی سوزانی را در اطراف یک پیش خوشه کهکشانی مشاهده کردند!!

تجسم شبیه‌سازی شده، سناریوی گرمایش در مقیاس بزرگ را در اطراف یک پیش‌خوشه کهکشانی با استفاده از داده‌های شبیه‌سازی‌های ابررایانه به تصویر می‌کشد. اعتقاد بر این است که این یک سناریوی مشابه با آنچه در پروتوکلاستر COSTCO-I مشاهده شده است. ناحیه زرد در مرکز تصویر نشان دهنده یک حباب گاز داغ و عظیم است که چندین میلیون سال نوری را در بر‌می‌گیرد. رنگ آبی نشان دهنده گاز خنکتری است که در نواحی بیرونی پروتوکلاستر قرار دارد و رشته‌هایی که گاز داغ را به ساختارهای دیگر متصل می‌کنند. نقاط سفیدی که در توزیع گاز تعبیه شده‌اند، نور ساطع شده از ستاره‌ها هستند. اعتبار: The THREE HUNDRED Collaboration

اخترفیزیکدانانی که از رصدخانه W. M. Keck در Maunakea در هاوایی استفاده می‌کنند، یک پیش خوشه کهکشانی را در کیهان اولیه کشف کرده‌اند که توسط گاز احاطه شده است که به طرز شگفت‌انگیزی داغ است.

این گاز سوزان منطقه‌ای را دربرمی‌گیرد که از مجموعه‌ای غول‌پیکر از کهکشان‌ها به نام COSTCO-I تشکیل شده است. زمانی که جهان 11 بیلیون سال جوان‌تر بود، COSTCO-I به زمانی برمی‌گردد که گازی که بیشتر فضای خارج از کهکشان‌های مرئی به نام محیط بین کهکشانی را پر می‌کرد، بسیار خنک‌تر بود. در این دوران که به «ظهر کیهانی» معروف است، کهکشان‌های جهان در اوج شکل‌گیری ستارگان بودند. محیط پایدار آنها مملو از گاز سردی با دمایی در حدود 10000 درجه سانتیگراد بود که برای تشکیل و رشد به آن نیاز داشتند.

در مقابل، دیگ گاز مرتبط با COSTCO-I جلوتر از زمان خود به نظر می‌رسد و در حالت گرم و پیچیده‌ای برشته می‌شود. دمای آن شبیه به محیط بین کهکشانی امروزی است که از 100000 تا بیش از 10 میلیون درجه سانتیگراد است که اغلب به آن “میانگین بین کهکشانی گرم-گرم” (WHIM) می‌گویند.

این کشف اولین باری است که اخترفیزیکدانان قطعه‌ای از گازهای باستانی را شناسایی می‌کنند که ویژگی‌های محیط بین کهکشانی امروزی را نشان می‌دهد که تا حد زیادی اولین بخش شناخته شده جهان است که تا دمای WHIM امروزی جوشیده است.

این تحقیق که توسط تیمی از موسسه Kavli برای فیزیک و ریاضیات جهان (Kavli IPMU، بخشی از دانشگاه توکیو) هدایت می‌شود، در The Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.

خی-گان لی، استادیار در Kavli IPMU و یکی از نویسندگان مقاله گفت: “اگر ما در مورد محیط بین کهکشانی امروزی به عنوان یک خورش کیهانی غول‌پیکر که در حال جوشیدن و کف کردن است فکر کنیم، COSTCO-I احتمالاً اولین حبابی است که ستاره شناسان در دورانی در گذشته دور مشاهده کرده اند، زمانی که بیشتر دیگ هنوز باقی مانده بود.

این شکل، جذب هیدروژن مشاهده‌شده در مجاورت پیش‌خوشه کهکشانی COSTCO-I (پانل بالایی)، در مقایسه با جذب مورد انتظار با توجه به حضور پیش‌خوشه مقایسه می‌کند که از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای محاسبه شده است، جذب قوی هیدروژن با رنگ قرمز، کمتر و جذب ضعیف با رنگ آبی نشان داده می‌شود و جذب متوسط به رنگ سبز یا زرد نشان داده می‌شود. نقاط سیاه در شکل نشان می‌دهد که اخترشناسان کجا کهکشان‌هایی را در آن منطقه کشف کرده‌اند. در موقعیت COSTCO-I (با مرکز آن به عنوان یک ستاره در هر دو صفحه مشخص شده است)، ستاره‌شناسان دریافتند که جذب هیدروژن مشاهده شده تفاوت زیادی با مقدار میانگین جهان در آن دوره ندارد. این تعجب‌آور است زیرا می‌توان انتظار داشت که جذب هیدروژن طولانی میلیون‌ها سال نوری را در آن منطقه پیدا کنیم که مطابق با غلظت بالای کهکشان‌های مشاهده شده است. این شکل از دونگ و همکاران اقتباس شده است. مقاله 2023 Astrophysical Journal Letters. اعتبار: دونگ و همکاران

این تیم COSTCO-I را زمانی مشاهده کردند که جهان تنها یک چهارم سن کنونی خود را داشت. جرم این پیش خوشه کهکشانی بیش از 400 تریلیون برابر جرم خورشید ماست و چندین میلیون سال نوری وسعت دارد.

در حالی که اخترشناسان اکنون مرتباً چنین پیش‌خوشه‌های کهکشانی دوردستی را کشف می‌کنند، تیم با بررسی طیف‌های فرابنفش چیز عجیبی پیدا کردند که منطقه COSTCO-I را با استفاده از طیف‌سنج تصویربرداری با وضوح پایین رصدخانه Keck (LRIS) بررسی کردند. به طور معمول، جرم و اندازه بزرگ پیش خوشه‌های کهکشانی وقتی در طول موج‌های خاص هیدروژن خنثی مرتبط با گاز پیش‌خوشه مشاهده می‌شود، سایه ایجاد می‌کند.

هیچ سایه جذبی در محل COSTCO-I یافت نشد.

چنزه دونگ، دانشجوی مقطع کارشناسی ارشد در دانشگاه توکیو و نویسنده ارشد این مطالعه گفت: ما شگفت‌زده شدیم زیرا جذب هیدروژن یکی از روش های رایج برای جستجوی پیش‌خوشه‌های کهکشانی است و دیگر پیش‌خوشه‌های نزدیک COSTCO-I این سیگنال جذب را نشان می‌دهند. قابلیت‌های حساس ماوراء بنفش LRIS در تلسکوپ Keck I به ما این امکان را می‌دهد که نقشه‌های گاز هیدروژن را با اطمینان بالا بسازیم و امضای COSTCO-I به سادگی وجود نداشت.

عدم وجود هیدروژن خنثی که پیش خوشه را ردیابی می‌کند، به این معنی است که گاز موجود در پیش‌خوشه باید تا دمای احتمالاً میلیون‌درجه، بسیار بالاتر از حالت خنک مورد انتظار برای محیط بین کهکشانی در آن دوره دور، گرم شود.

“خواص و منشا WHIM یکی از بزرگترین سوالات در اخترفیزیک در حال حاضر باقی مانده است. اینکه بتوانیم نگاهی اجمالی به یکی از مکانهای گرمایش اولیه WHIM داشته باشیم، به کشف مکانیسمهایی کمک می‌کند که باعث جوشش گاز بین کهکشانی به زمان حال شده است. چند احتمال وجود دارد که چگونه این اتفاق بیفتد، اما ممکن است ناشی از گرم شدن گاز در اثر برخورد آنها با یکدیگر در طی فروپاشی گرانشی باشد، یا جت‌های رادیویی غول‌پیکر ممکن است انرژی را از سیاه‌چاله‌های بسیار پرجرم درون این خوشه پمپاژ کنند.

محیط بین کهکشانی به عنوان مخزن گازی عمل می‌کند که مواد خام را به کهکشان‌ها می‌رساند. گاز داغ رفتار متفاوتی با گاز سرد دارد که تعیین می‌کند چگونه به آسانی می‌توانند در کهکشان‌ها جریان پیدا کنند و ستاره‌ها را تشکیل دهند. به این ترتیب، داشتن توانایی مطالعه مستقیم رشد WHIM در کیهان اولیه، اخترشناسان را قادر می‌سازد تا تصویری منسجم از شکل‌گیری کهکشان و چرخه حیات گازی بسازند که به آن سوخت می‌دهد.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Astronomers observe scorching gas cloud surrounding a galactic protocluster

by W. M. Keck Observatory MARCH 15, 2023

https://phys.org/news/2023-03-astronomers-gas-cloud-galactic-protocluster.html