کهکشان‌ها رشد خود را تنظیم می‌کنند تا گاز ستاره‌ساز آنها تمام نشود

به اکثر کهکشان های مارپیچی یا میله ای نگاه کنید و مناطق متعددی را مشاهده خواهید کرد که در آن ستاره ها در حال شکل گیری هستند. این مناطق ستاره ساز عمدتاً از گاز هیدروژن با چند عنصر دیگر برای اندازه گیری خوب تشکیل شده اند.

اولین کهکشان ها در کیهان ذخایر عظیمی از این گاز ستاره ساز را داشتند. در صورت عدم کنترل، آنها می توانستند به سرعت از طریق گاز بسوزانند و مقادیر عظیمی از تشکیل ستاره را ایجاد کنند. زندگی سریع و جوان مردن برای چنین انفجار پرانرژی شکل گیری ستاره به زودی خاموش می شود و ستارگان مرده و در حال مرگ را پشت سر می گذارد.

به نوعی به نظر می رسد کهکشان ها تشکیل ستاره خود را به لطف سیاهچاله های بسیار پرجرم در مرکز خود تنظیم می کنند.

اولین کهکشان ها حدود ۴۰۰ تا ۷۰۰ میلیون سال پس از بیگ بنگ، در دوره ای به نام یونیزه شدن شکل گرفتند. این کهکشان های اولیه کوچک و کم نور بودند که عمدتاً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده بودند و شامل خوشه های متراکم از ستارگان پرجرم و کوتاه مدت جمعیت III (نسل اول ستارگان) بودند.

که در فضا نفوذ کرد و برای اولین بار جهان را شفاف کرد. این کهکشان های اولیه شروع به ادغام و برهم کنش کردند و پایه و اساس انواع کهکشان هایی را که امروزه دیده می شوند، گذاشتند.

یک مطالعه جدید منتشر شده در ماهنامه انجمن سلطنتی نجوم به بررسی این موضوع می پردازد که چرا کهکشان ها به اندازه ای که ستاره شناسان انتظار دارند بزرگ نیستند. این تحقیق نشان می‌دهد که کهکشان‌ها، حتی آنهایی که برای اولین بار تشکیل شده‌اند، از مرگ زودهنگام اجتناب می‌کنند، زیرا مکانیسم‌هایی شبیه به ‘قلب و ریه’ دارند که ‘تنفس’ آنها را تنظیم می‌کند.

بدون این فرآیندهای تنظیمی، بدن و کهکشان‌های ما خیلی سریع‌تر پیر می‌شدند و در نتیجه کهکشان‌های عظیمی پر از ستاره‌های مرده و در حال مرگ و خالی از تشکیل ستاره‌های جدید می‌شدند.

مشاهدات نشان می‌دهد که کهکشان‌ها آنقدر بزرگ نیستند و پر از ستاره‌های در حال مرگ نیستند که از خودشان بزرگتر شده باشند. به نظر می رسد چیزی توانایی آنها را برای تشکیل گاز به ستاره ها محدود می کند.

اخترفیزیکدانان دانشگاه کنت بر این باورند که ممکن است پاسخ این سوال را داشته باشند: کهکشان‌ها می‌توانند سرعت رشد خود را از طریق فرآیندی نه چندان شباهت به ‘تنفس’ کنترل کنند. آن‌ها سیاه‌چاله‌ی بسیار پرجرم در مرکز کهکشان را با قلب و جت‌های مافوق صوت بیرون آمده از قطب‌ها را با تشعشع و گازی که به راه‌های هوایی منتشر می‌کنند، مقایسه می‌کنند که یک جفت ریه را تغذیه می‌کند.

به نظر می رسد که سیاهچاله های عظیم مانند قلب می تپند. این پالس‌ها باعث می‌شوند که جلوی ضربه‌ای در امتداد جت‌ها مانند دیافراگمی که ریه‌ها را باد می‌کند، نوسان کند.

این فرآیند انرژی را در طول جت انتقال می دهد و به آرامی با کشش گرانش مقابله می کند و تجمع گاز و تشکیل ستاره را کند می کند. این ایده توسط دانشجوی دکتری کارل ریچاردز ایجاد شد و شبیه‌سازی‌های او نشان داد که یک سیاه‌چاله مانند قلب می‌تپد.

ریچاردز توضیح می دهد: ‘ما متوجه شدیم که باید وسایلی برای جت ها وجود داشته باشد تا بدن را پشتیبانی کنند – گاز محیط اطراف کهکشان – و این همان چیزی است که ما در شبیه سازی های کامپیوتری خود کشف کردیم.’ شبیه‌سازی رایانه‌ای فشار بالا و اجازه می‌دهد قلب نبض داشته باشد.

شواهدی از موج‌هایی که در شبیه‌سازی‌های ریچاردز وجود دارد، در رسانه‌های فرا کهکشانی در خوشه‌های کهکشانی مانند خوشه پرسئوس یافت شده است. تصور می شود که این امواج محیط یک کهکشان را حفظ می کنند، اگرچه مکانیسم تولید آنها نامشخص بود. شبیه‌سازی‌های مرسوم در توضیح جریان گاز در کهکشان‌ها ناکام هستند، اما کار تیم دانشگاه کنت احتمالاً به این سؤال پاسخ داده است.

منبع: چگونه ‘قلب و ریه’ یک کهکشان عمر خود را افزایش می دهد.