ستاره شناسان شاهد تولد خوشه‌ای در کهکشان‌های بسیار دور از کیهان اولیه هستند!!

این تصویر پیش‌خوشه‌ای را در اطراف کهکشان تار عنکبوتی (که با نام رسمی MRC 1138-262 شناخته می‌شود) نشان می‌دهد که در زمانی دیده می‌شود که کیهان تنها 3 بیلیون سال سن داشته است. بیشتر جرم موجود در پیش خوشه در کهکشان‌هایی قرار ندارد که در مرکز تصویر دیده می‌شوند، بلکه در گازی قرار دارد که به عنوان محیط درون خوشه‌ای (ICM) شناخته می‌شود. گاز داغ در ICM به صورت ابر آبی نشان داده می‌شود. گاز داغ با آرایه میلی‌متری/زیر میلی‌متری آتاکاما (ALMA) شناسایی شد که ESO شریک آن است. همانطور که نور از پس زمینه مایکروویو کیهانی – تابش باقیمانده از انفجار بزرگ – – از  ICM عبور می‌کند، هنگامی انرژی می‌گیرد که با الکترونهای گاز داغ برهم‌کنش می‌کند. این اثر به عنوان اثر Sunyaev-Zeldovich شناخته می‌شود. با مطالعه این اثر، ستاره شناسان می‌توانند استنباط کنند که چه مقدار گاز داغ در ICM وجود دارد و نشان می‌دهد که پیش خوشه تار عنکبوتی در حال تبدیل شدن به یک خوشه پرجرم است که توسط گرانش خود به هم متصل شده است. اعتبار: ESO/Di Mascolo و همکاران. HST: اچ. فورد

اخترشناسان با استفاده از آرایه میلی‌متری/زیر میلی‌متری بزرگ آتاکاما (ALMA)، که ESO شریک آن است، مخزن بزرگی از گاز داغ را در خوشه کهکشانی در حال شکل‌گیری در اطراف کهکشان تار عنکبوتی کشف کرده‌اند که دورترین تشخیص چنین گاز داغی تاکنون است. خوشه‌های کهکشان برخی از بزرگترین اجرام شناخته شده در جهان هستند و این نتیجه که امروز در Nature منتشر شده است، بیشتر نشان می‌دهد که این ساختارها چقدر زود شکل می‌گیرند.

خوشه‌های کهکشانی، همان‌طور که از نامشان پیداست، میزبان تعداد زیادی کهکشان گاهی حتی هزاران هستند. آنها همچنین حاوی یک “محیط درون خوشه‌ای” (ICM) گسترده‌ای از گاز هستند که در فضای بین کهکشانهای خوشه نفوذ می‌کند. این گاز در واقع به طور قابل توجهی از خود کهکشانها بیشتر است. بسیاری از فیزیک خوشه‌های کهکشانی به خوبی درک شده است. با این حال، مشاهدات از مراحل اولیه شکل‌گیری ICM کمیاب است.

پیش از این، ICM فقط در خوشه‌های کهکشانی کاملاً شکل گرفته در نزدیکی مورد مطالعه قرار گرفته بود. شناسایی ICM در پیش خوشه‌های دور – یعنی خوشه‌های کهکشانی هنوز در حال شکل‌گیری – به اخترشناسان اجازه می‌دهد تا این خوشه‌ها را در مراحل اولیه شکل‌گیری بگیرند. تیمی به سرپرستی لوکا دی ماسکولو، نویسنده اول این مطالعه و محقق در دانشگاه تریست ایتالیا، مشتاق بودند ICM را در یک خوشه اولیه از مراحل اولیه کیهان شناسایی کنند.

خوشه‌های کهکشانی آنقدر پرجرم هستند که می‌توانند گازی را گرد هم بیاورند که هنگام سقوط به سمت خوشه گرم می‌شود. النا راسیا، محقق مؤسسه ملی اخترفیزیک ایتالیا (INAF) در تریست ایتالیا و یکی از نویسندگان این مقاله توضیح می‌دهد: شبیه‌سازی‌های کیهان‌شناسی وجود گاز داغ را در پیش‌خوشه‌ها برای بیش از یک دهه پیش‌بینی کرده‌اند، اما تاییدات رصدی در این زمینه وجود ندارد. “پیگیری چنین تاییدیه رصدی کلیدی ما را بر آن داشت تا یکی از امیدوارکننده‌ترین پروتوکلاسترهای نامزد را با دقت انتخاب کنیم.”

این اولین خوشه تار عنکبوتی بود که در دوره‌ای قرار داشت که کیهان تنها 3 بیلیون سال سن داشت. علیرغم اینکه به شدت مورد مطالعه قرار گرفته است، حضور ICM مبهم باقی مانده است. یافتن مخزن بزرگی از گاز داغ در پروتوکلاستر تار عنکبوتی نشان می‌دهد که این سیستم به جای پراکندگی، در مسیر تبدیل شدن به یک خوشه کهکشانی مناسب و طولانی مدت است.

تیم دی ماسکولو ICM پروتوکلاستر تار عنکبوتی را از آنچه شناسایی کردند که به عنوان اثر حرارتی Sunyaev-Zeldovich (SZ) شناخته می‌شود،. این اثر زمانی اتفاق می‌افتد که نور پس‌زمینه مایکروویو کیهانی – تابش باقی‌مانده از انفجار بزرگ – از ICM عبور کند. هنگامی که این نور با الکترون‌های سریع در گاز داغ تعامل می‌کند، کمی انرژی می‌گیرد و رنگ یا طول موج آن کمی تغییر می‌کند. دی ماسکولو توضیح می‌دهد: «در طول موج‌های مناسب، اثر SZ به‌عنوان اثر سایه‌زنی یک خوشه کهکشانی در پس‌زمینه مایکروویو کیهانی ظاهر می‌شود».

با اندازه‌گیری این سایه‌ها در پس‌زمینه مایکروویو کیهانی، ستاره‌شناسان می‌توانند وجود گاز داغ را استنباط کنند، جرم آن را تخمین بزنند و شکل آن را ترسیم کنند. دی ماسکولو می‌گوید: به لطف وضوح و حساسیت بی‌نظیر آن، آلما تنها تأسیساتی است که در حال حاضر قادر به انجام چنین اندازه‌گیری برای اجداد دوردست خوشه‌های پرجرم است.

آنها مشخص کردند که پروتوکلاستر تار عنکبوتی حاوی مخزن وسیعی از گاز داغ در دمای چند ده میلیون درجه سانتیگراد است. پیش از این، گاز سرد در این پیش خوشه شناسایی شده بود، اما جرم گاز داغ یافت شده در این مطالعه جدید هزاران بار بیشتر از آن است. این یافته نشان می‌دهد که انتظار می‌رود پیش خوشه تار عنکبوتی در حدود 10 بیلیون سال آینده به یک خوشه کهکشانی پرجرم تبدیل شود و جرم آن حداقل 10 برابر شود.

تونی مروسزکووسکی، یکی از نویسندگان مقاله و محقق ESO، توضیح می‌دهد که “این سیستم تضادهای زیادی را نشان می دهد. جزء گرمایی گرم بسیاری از اجزای سرد را با تکامل سیستم از بین می‌برد و ما شاهد یک انتقال ظریف هستیم.” او نتیجه می‌گیرد که «تأیید رصدی پیش‌بینی‌های نظری طولانی‌مدت در مورد شکل‌گیری بزرگترین اجرام گرانشی در جهان را ارائه می‌کند».

ماریو نونینو، یکی از نویسندگان این مطالعه و محقق در Astronomical می‌گوید: این نتایج به ایجاد زمینه برای هم‌افزایی بین آلما و تلسکوپ بسیار بزرگ آینده (ELT) کمک می کند. رصدخانه تریست ELT و ابزارهای پیشرفته آن، مانند HARMONI و MICADO، قادر خواهند بود به پیش خوشه‌ها نگاه کنند و در مورد کهکشان‌های موجود در آنها با جزئیات زیاد به ما بگویند. همراه با قابلیت‌های ALMA برای ردیابی ICM در حال شکل‌گیری، این یک نگاه اجمالی به مونتاژ برخی از بزرگترین ساختارها در جهان اولیه ارائه می‌کند.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Astronomers witness the birth of a very distant cluster of galaxies from the early universe

by ESO MARCH 29, 2023

https://phys.org/news/2023-03-astronomers-witness-birth-distant-cluster.html