شواهدی از یک «برخورد کیهانی» در فاصله 250 میلیون سال نوری از زمین
دانشمندان شواهدی از یک برخورد کیهانی در خوشه پرسئوس یافته‌اند؛ گروهی متشکل از هزاران کهکشان که چندان هم از کهکشان ما دور نیست.
فرادید| ستاره‌شناسان تصور می‌کردند خوشه پرسئوس مجموعه‌ای بزرگ اما پایدار از کهکشان‌هاست، تا اینکه نشانه‌هایی از برخورد با خوشه‌ای دیگر پیدا شد، اما هیچ‌کس مزاحم کیهانی را شناسایی نکرده بود. اکنون با استفاده از روشی به نام «عدسی گرانشی ضعیف»، دانشمندان معتقدند سرانجام مزاحم پنهان را یافته‌اند.
به گزارش فرادید، خوشه کهکشانی پرسئوس یکی از عظیم‌ترین ساختارها در جهان شناخته‌شده است. این خوشه که نامش را از صورت‌فلکی میزبانش گرفته، مجموعه‌ای وسیع از هزاران کهکشان است که در گستره‌ای به طول ۱۱.۶ میلیون سال نوری پراکنده‌اند؛ چیزی حدود ۱۰۰ برابر قطر راه شیری!
این خوشه که در فاصله ۲۵۰ میلیون سال نوری از زمین قرار دارد، کم و بیش نزدیک محسوب می‌شود، اگرچه با سرعت ۵۳۶۶ کیلومتر بر ثانیه در حال دور شدن از ماست؛ پدیده‌ای که ناشی از انبساط جهان است!
کهکشانی «آرام»؟
ستاره‌شناسان به این دلیل خوشه‌های کهکشانی آرام و پایدار را «Relaxed» (به معنای آرام) می‌نامند که در تاریخ اخیر کیهان با خوشه‌ی دیگری برخورد نداشته‌اند. خوشه پرسئوس سال‌ها نمونه‌ای برجسته از یک خوشه آرام به شمار می‌رفت.
جریان‌های یکنواخت گاز داغ بین کهکشان‌های این خوشه حرکت می‌کردند و با نزدیک شدن به مرکز خوشه، گرمای خود را از دست می‌دادند. همچنین، اطراف کهکشان مرکزی، درخششی ضعیف از امواج رادیویی دیده می‌شد که به آن «مینی‌هاله رادیویی» می‌گویند. هر دوی این نشانه‌ها بیانگر محیط کیهانی پایدار هستند.
اما ستاره‌شناسان دریافتند به جای آنکه این خوشه شکلی کروی داشته باشد (همان‌طور که از خوشه‌ی بدون اختلال انتظار می‌رود) شکلی نامتقارن در راستای شرق-غرب دارد؛ نشانه‌ای که به وجود مشکل اشاره دارد.
سال ۲۰۱۲، ستاره‌شناسان جبهه‌های سردی را در این خوشه مشاهده کردند؛ مناطقی عظیم به طول سال‌های نوری که احتمالاً در اثر برخورد خوشه‌های کهکشانی با یکدیگر ایجاد شده‌اند. این جبهه‌ها مرزهایی هستند که در آن‌ها گاز داغ یک خوشه با گاز خنک‌تر و چگال‌تر خوشه دیگر برخورد می‌کند. این یک سرنخ قوی بود که نشان می‌داد خوشه پرسئوس دچار برخورد کیهانی عظیمی شده است. اما اگر این حدس درست بود، یک پرسش باقی می‌ماند: آن خوشه دیگر کجاست؟
در تحقیق جدید، ستاره‌شناسان آمریکا و کره جنوبی فکر می‌کنند «مدرک قطعی» این برخورد پنهانی را یافته‌اند. محققان توضیح داده‌اند که چگونه با استفاده از تکنیکی به نام «عدسی گرانشی ضعیف»، بقایای خوشه‌ای را مدت‌ها پیش با خوشه پرسئوس برخورد کرده بود، مشاهده کرده‌اند.
آلبرت اینشتین بیش از ۱۰۰ سال پیش پدیده عدسی گرانشی را پیش‌بینی کرده بود؛ پدیده‌ای که در آن اجرام بسیار عظیم مانند کهکشان‌ها فضا-زمان را خم، مسیر نور را منحرف و منابع دوردست را بزرگ‌تر و پرنورتر می‌کنند. میزان انحراف نور توسط یک جرم به دانشمندان این امکان را می‌دهد که جرم آن را برآورد کنند. دانشمندان از آن زمان تاکنون نمونه‌های خارق‌العاده‌ای از عدسی گرانشی را کشف کرده‌اند.
این پدیده (عدسی گرانشی) می‌تواند تصاویر بزرگ‌نمایی‌شده‌ای از اجرام دوردست و «حلقه‌های اینشتین» ایجاد کند.
در «عدسی گرانشی ضعیف»، تصویر کهکشان‌های پس‌زمینه تنها اندکی هنگام عبور از خوشه دچار انحراف می‌شود. با استفاده از تلسکوپ سوبارو در هاوایی، ستاره‌شناسان حاضر در مطالعه جدید، اعوجاج نور کهکشان‌هایی که پشت خوشه پرسئوس قرار دارند را تحلیل کردند.
هیونگهان کیم، دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه یُن‌سِی در کره جنوبی و نویسنده اصلی مقاله گفته: «از آنجا که شکل ذاتی هر کهکشان را نمی‌دانیم، نمی‌توانیم مستقیم بفهمیم تصویر آن‌ها چقدر دچار اعوجاج شده.»
با این حال، با مشاهده تعداد زیادی کهکشان پس‌زمینه‌ای، این تیم توانست میانگین اعوجاج را محاسبه و با استفاده از شبیه‌سازی رایانه‌ای، جرم خوشه جلویی را برآورد کند. همچنین محل دقیق جرمی که موجب این اعوجاج شده بود شناسایی شده است.
ستاره‌شناسان ناحیه‌ای وسیع از ماده معمولی و ماده تاریک را کشف کردند که به آن «هاله زیرخوشه‌ای» می‌گویند که اطراف گروهی کوچک‌تر از کهکشان‌ها قرار داشت. این ناحیه حول کهکشان NGC ۱۲۶۴ متمرکز بود و در حاشیه خوشه پرسئوس قرار داشت. جرم این زیرخوشه تقریباً ۱۰۰ برابر کهکشان راه شیری برآورد شده و از راه «پل جرمی» به خوشه اصلی متصل است؛ پلی به طول ۱.۴ میلیون سال نوری که تقریباً جرمی برابر با همان خوشه دارد.
شکلی از مقاله که توزیع ماده‌ی تاریک (خطوط سفید) و کهکشان‌ها (خطوط سبز) را در خوشه‌ی پرسئوس نشان می‌دهد. خط قرمز مکان یک جبهه‌ی سرد بزرگ را نشان می‌دهد.
مدل رایانه‌ای نشان داده که این پل، مدرک مستقیمی از یک تعامل گرانشی میان دو خوشه است، نه صرفاً یک هم‌راستایی اتفاقی و با شکل نامتقارن خوشه هم‌راستا است. این مدل همچنین توانست جبهه‌های سرد کشف‌شده در سال ۲۰۱۲ را بازسازی کند.
کیم می‌گوید: «این نتیجه مرا شگفت‌زده کرد، چون همیشه فکر می‌کردم پرسئوس خوشه‌ای آرام است.»
شبیه‌سازی آن‌ها حدود ۷.۵ میلیارد سال پیش آغاز می‌شود، زمانی که زیرخوشه در میدان گرانشی خوشه پرسئوس قرار می‌گیرد. حدود ۲ میلیارد سال طول می‌کشد تا این زیرخوشه برای نخستین بار از نزدیکی مرکز خوشه عبور کند. سپس، با نیروی گرانش کند شد و به عقب کشیده شد و سه میلیارد سال بعد دوباره از آن عبور کرد. این رقص کیهانی ادامه یافته و حدود ۲ میلیارد سال دیگر، سومین عبور رخ می‌دهد که حدود ۷۵۰ میلیون سال پیش بوده است.
این یافته‌ها به این دلیل اهمیت دارند که ناحیه پرسئوس هدف اصلی بسیاری از مطالعات ستاره‌شناسان برای درک چگونگی شکل‌گیری و تحول خوشه‌های کهکشانی است.
کیم می‌گوید: «خوشه پرسئوس به لطف نزدیکی‌اش به‌شکل گسترده بررسی شده است. این به ما امکان داده تا بسیاری از فرایندهای مهم اخترفیزیکی را کشف و بررسی کنیم.» بنابراین، حتی اگر این مطالعه تنها بر یک خوشه متمرکز باشد، پیامدهای گسترده‌ای برای درک ما از جهان دارد.
علاوه بر این، نتایج این مطالعه قدرت روش «عدسی گرانشی ضعیف» را به نمایش می‌گذارد، به‌ویژه جایی که روش‌های سنتی در آشکارسازی جهان نادیدنی شکست خورده‌اند. این رویکرد نه‌تنها به کشف ساختارهای پنهان در جهان کمک می‌کند، بلکه دری را برای کشف برخوردهای بیشتر میان خوشه‌های کهکشانی و درک نحوه شکل‌گیری این سامانه‌های عظیم می‌گشاید.
مترجم: زهرا ذوالقدر
