آیا کهکشانها «کلید مرگ» دارند؟
کهکشانها برای همیشه رشد نمیکنند. حتی پربارترین کهکشانهای ستارهساز نیز در برههای از زمان شروع به کند شدن و سپس متوقف شدن میکنند و بعد در یک بازنشستگی طولانی و آرام قرار میگیرند.
کهکشانها صرف نظر از میزان مواد خام موجود، بالاتر از یک آستانه مشخص، رشد خود را متوقف میکنند و پرسش این است که چه چیزی این کلید مرگ را میچرخاند؟
کهکشانها برای همیشه رشد نمیکنند. حتی پربارترین کهکشانهای ستارهساز نیز در برههای از زمان شروع به کند شدن و سپس متوقف شدن میکنند و بعد در یک بازنشستگی طولانی و آرام قرار میگیرند.
ستارهشناسان مدتهاست که از این گذار مطلع هستند، اما توضیح فیزیکی روشنی برای چرایی وقوع آن به ویژه در مقیاس جرمی مشخص نداشتهایم.
مقاله جدیدی به رهبری پریتیش میشرا(Preetish Mishra) از موسسه مطالعات پیشرفته کره جنوبی به همراه یک تیم بینالمللی از دانشمندان، یک پیشنهاد واضح و قابل آزمایش ارائه میدهد؛ اینکه کند شدن رشد کهکشان ناشی از تولد یک ابر پایدار از گاز داغ در اطراف کهکشان است و آن ابر در یک جرم بسیار خاص (تقریباً 10 به توان 12.5 جرم خورشیدی) تشکیل میشود.
کهکشانها بالاتر از این آستانه، صرف نظر از میزان مواد خام موجود، دیگر کارخانههای ستارهسازی کارآمدی نیستند.
حالا پرسش این است که چه چیزی این کلید را میچرخاند؟
محققان برای رسیدن به این محاسبه از شبیهسازی «Horizon Run 5» که یکی از بزرگترین شبیهسازیهای کیهانشناسی است که تاکنون ایجاد شده، استفاده کردند.
این شبیهسازی، تکهای از جهان مجازی با عرض تقریباً یک گیگاپارسک را در بر میگیرد، فیزیک کامل گاز، گرانش، تشکیل ستاره، ابرنواخترها و ابرسیاهچالهها را از مدت کوتاهی پس از مهبانگ(بیگ بنگ) تا به امروز مدلسازی میکند و به محققان اجازه میدهد کهکشانهای منفرد را در کل تاریخ آنها ردیابی کنند.
میشرا و همکارانش تقریباً 20 هزار مورد از عظیمترین کهکشانهای مرکزی را انتخاب کردند و مشاهده کردند که در طول زمان کیهانی چه اتفاقی برای آنها افتاده است.
کمیت کلیدی که آنها ردیابی کردند، نسبت جرم ستارهای به جرم کل است. این معیاری است که نشان میدهد چه مقدار از کل بودجه جرمی یک کهکشان (ستارگان، گاز، ماده تاریک، سیاهچالهها و همه چیزهای دیگر) در واقع در ستارهها قفل میشود. آن را به عنوان گزارش کارایی تشکیل ستاره یک کهکشان در نظر بگیرید.
این تیم دریافت که این نسبت در کهکشانهایی با جرم کل بین حدود 10 به توان 12.4 و 10 به توان 12.7 جرم خورشیدی به شدت اوج میگیرد. در زیر این محدوده، کهکشانها تقریباً به همان سرعتی که گاز وارد میشود، گاز را به ستاره تبدیل میکنند. بالاتر از آن، سرعت آنها بیش از سه برابر کاهش مییابد. این اوج، جرم بحرانی است.
نظریه میشرا در مورد اینکه چرا رشد کهکشانها متوقف میشود، تشکیل یک هاله گاز داغ است که به تعادل گرانشی رسیده است. با رشد یک کهکشان، گازی که به درون آن میافتد، به شدت گرم میشود. آن گاز تا رسیدن به یک جرم خاص، به سرعت خنک میشود تا به بارش ادامه دهد و تشکیل ستارههای جدید را تغذیه کند.
این هاله با عبور از جرم بحرانی به اندازه کافی متراکم و داغ میشود تا میلیاردها سال در برابر گرانش مقاومت کند. گاز دیگر نمیتواند به سرعت خنک شود تا به درون آن سقوط کند و کهکشان ناگهان از منبع سوخت خود تهی میشود. این هاله همچنان ماده تاریک را میبلعد و کهکشانهای ماهوارهای را به درون خود میکشد، اما گاز سردی که در واقع باعث ایجاد ستاره میشود، رسیدن به آن را متوقف میکند.
این مقاله همچنین یک توضیح رقیب را رد میکند. یک حدس طبیعی این است که کهکشانهای بالاتر از جرم بحرانی، به سادگی اغلب ماده طبیعی خود را به دلیل خروج از ابرنواخترها و هستههای کهکشانی فعال از دست میدهند.
محققان این موضوع را مستقیماً با محاسبه اینکه چه مقدار از بودجه باریون هر کهکشان واقعاً به سیستم متصل مانده است، بررسی کرد و مشخص شد که این تغییر بیش از 30 درصد نیست. این مقدار صفر نیست، اما نمیتواند افت سه برابری در راندمان تشکیل ستاره را توضیح دهد. این یعنی تغییر قطعی در سمت جریان ورودی است، نه سمت جریان خروجی.
چند نکته قابل توجه است. «Horizon Run 5» یک شبیهسازی است، نه یک تلسکوپ و نتایج آن به فیزیک زیرشبکهای که برای مدلسازی تشکیل ستاره، ابرنواخترها و بازخورد سیاهچالهها استفاده میشود، بستگی دارد. نویسندگان آزمایشهای حساسیت انجام دادند و نتیجه اولیه پابرجاست، اما مقدار عددی دقیق مقیاس جرم بحرانی میتواند با بهبود این ورودیها تغییر کند.
این تجزیه و تحلیل همچنین خود را به کهکشانهایی با جرمهای بالاتر از 10 به توان 10.8 جرم خورشیدی محدود میکند تا مطمئن شود که هر کدام ذرات شبیهسازی کافی برای حل قابل اعتماد دارند. کهکشانهای کوچکتر داستانی برای شبیهسازی دیگری هستند.
آنچه این کار را رضایتبخش میکند این است که یک الگوی مشاهدهای معروف را به یک مکانیسم فیزیکی واحد و خاص پیوند میدهد. نه فقط اینکه کهکشانهای بالای یک جرم خاص خاموش میشوند، بلکه اینکه آنها خاموش میشوند، زیرا هالههای گاز داغ آنها خودکفا میشوند. این نوع گزارهای است که میتوان آن را با بررسیهای آینده خوشههای کهکشانی و محیط بین کهکشانی گرم و داغ، گاز و غبار بین کهکشانها بررسی کرد.
در نهایت زمانی که این بررسیها انجام شوند، ما خواهیم فهمید که آیا محققان به پاسخ صحیح رسیدهاند یا خیر.
منبع: ایسنا
