تابش مادون قرمز دور کهکشانهایی با سیاهچالههای پرجرم فعال
تصویری از هابل از ادغام نورانی مادون قرمز Mrk 237 که تابش فروسرخ آن توسط تشکیل ستاره و AGN نیرو میگیرد. اخترشناسان معمولاً نرخ تشکیل ستاره یک کهکشان را از درخشندگی مادون قرمز دور آن تخمین زدهاند، با این فرض که اساساً توسط غبار گرم شده بدون در نظر گرفتن غبار احتمالی گرم شده با AGN توسط ستارگان جوان تولید میشود. ستارهشناسان از شبیه سازی ادغام کهکشانها استفاده کردهاند تا به این نتیجه برسند که در برخی از ادغامها بیشتر غبار خنک ممکن است در واقع توسط AGN نه با تشکیل ستاره گرم شود. اعتبار: ناسا، ESA، میراث هابل (STScI /AURA)-ESA /Hubble Collaboration، و A. Evans
بیش از 30 سال پیش، ماهواره نجوم فروسرخ کشف کرد که جهان حاوی کهکشانهای تقریباً نامرئی و در عین حال بسیار درخشان است – برخی از آنها بیش از 1000 برابر روشنتر از کهکشان راه شیری ما هستند. این کهکشانها عمدتاً در مادون قرمز میدرخشند و انرژی آنها توسط انفجارهای چشمگیر تشکیل ستارهای تامین میشوند که در اعماق ابرهای غبار و گاز مولکولی مدفون شدهاند. غبار نور فرابنفش ساطع شده توسط ستارگان جوان داغ را جذب میکند و انرژی را در طولموجهای مادون قرمز دور بازتاب میدهد. این طول موجها حدود صد برابر بیشتر از طول موج های نوری هستند و با دمای خنک، تقریباً 40 درجه کلوین مشخص میشوند. ستارهشناسان استدلال میکنند که حداقل در برخی موارد، بیش فعالی توسط برخورد بین کهکشانها ایجاد می شود که باعث فروپاشی ابرهای گازی آنها به ستارههای جدید میشود.
برخورد بین کهکشانها رایج است. در واقع، بیشتر کهکشانها احتمالاً در یک یا چند رویارویی در طول عمر خود درگیر بودهاند که این برهمکنشها را به مرحلهای مهم در تکامل کهکشانها و شکلگیری ستارگان در جهان تبدیل کرده است. (مثلاً کهکشان راه شیری توسط گرانش به کهکشان آندرومدا قفل شدهایم. ما با سرعتی در حدود 50 کیلومتر در ثانیه به یکدیگر نزدیک میشویم و انتظار میرود که تا یک بیلیون سال دیگر یا بیشتر به هم برسیم.) تصور میشود که برخوردهایی این چنین رخ داده باشد. در حدود ده بیلیون سال پیش حتی رایجتر بود، عصری که گاهی اوقات ظهر کیهانی نامیده میشد، زیرا در این دوره جهان یک مرحله عظیم از تولید ستارگان را پشت سر گذاشت – بیش از ده برابر نرخ امروزی که تنها با استفاده از گسیل مادون قرمز قدرتمند از این کهکشانها استنباط میشود.
اما راههای دیگری برای گرم کردن غبار به غیر از اشعه ماوراء بنفش ناشی از تشکیل ستاره وجود دارد و برای اطمینان از سرعتهای تشکیل ستارهها، محاسبه دقیق مکانیسمهای گرمایش لازم است، بهویژه برای کهکشانهایی در ظهر کیهانی که آنقدر دور هستند که اکثر تشخیصهای دیگر تشکیل ستاره غیر عملی هستند. یکی از منابع جایگزین احتمالی انرژی، سیاهچاله پرجرم در مرکز کهکشان است. هنگامی که گاز و غبار به طور فعال در محیط یک سیاهچاله بزرگ جمع میشوند، فورانهای قدرتمندی از ذرات باردار میتوانند به بیرون پرتاب شوند و چنبره گرد و غبار اطراف آن گرم شود. این اجرام هستههای فعال کهکشانی (AGN) نامیده میشوند. ستارهشناسان مدتهاست متوجه شدهاند که ناحیه داغ و پرتو ایکس اطراف یک AGN دارای غباری است که در مادون قرمز ساطع میکند، اما استدلال کردهاند که مادون قرمز با چنین دمای بالایی مشخص میشود و از چنین مناطق کوچکی ناشی میشود که سهم آن در کل انتشار مادون قرمز دور باید ناچیز باشد.
ستارهشناسان CfA، خوان رافائل مارتینز-گالارزا و هوارد اسمیت و همکارانشان اکنون نشان دادهاند که یک AGN درخشان، تحت برخی شرایط، میتواند بر انتشار غبار مادون قرمز دور تسلط داشته باشد. با استفاده از شبیهسازی ادغام کهکشانها، اخترشناسان نشان میدهند که تابش یک AGN درخشان میتواند به داخل کهکشان نفوذ کند و غبار را گرم کند، حتی اگر منشأ آن از مواد داغ تنها چند صد سال نوری باشد و این ماده در مادون قرمز دور ساطع میشود. دانشمندان با روشن و خاموش کردن مصنوعی فعالیت شبیهسازی شده AGN برای تعیین کمیت اثرات، نشان میدهند که ادغام کهکشانهای پرجرم میتواند به گرد و غبار گرم شده با AGN منجر شود که به اندازه ضریب چهار بر تابش سرد و مادون قرمز در کهکشان غالب شود. نرخ تشکیل ستاره تخمین زده شده از درخشندگی مادون قرمز دور در این اجرام بدون اعمال اصلاحات برای این عامل بزرگ اشتباه خواهد بود. این تیم در ادامه روشهای طیف سنجی و تصویربرداری را برای شناسایی این موارد با استفاده از امضاهای خط اتمی یونیزه و مورفولوژیهای فضایی پیشنهاد میکند.
ترجمه: سارا سیدحاتمی
The far infrared emission of galaxies with active supermassive black holes
by Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics MARCH 4, 2022
https://phys.org/news/2022-03-infrared-emission-galaxies-supermassive-black.html