تلسکوپ فضایی هابل طی بیش از ۱۰۰۰ بار گردش به دور زمین، تصاویر دقیقی از آندرومدا و کهکشان‌های کوتوله آن ثبت کرده و یک نقشه سه‌بعدی دقیق از این مجموعه ایجاد کرده است. ستاره‌شناسان از این داده‌ها برای بازسازی تاریخچه شکل‌گیری ستارگان در کهکشان‌های کوتوله استفاده کرده‌اند.
نتایج این تحقیقات نشان می‌دهد که محیط اطراف، نقش مهمی در شکل‌گیری و توقف تولید ستاره‌ها دارد. زمانی که کهکشان‌ها “خاموش” می‌شوند، دیگر ستاره جدیدی در آن‌ها شکل نمی‌گیرد. این وضعیت زمانی رخ می‌دهد که گاز لازم برای شکل‌گیری ستاره‌ها کاهش یابد یا دیگر در دسترس نباشد. این اتفاق معمولاً به دلیل بازخورد سیاه‌چاله‌ها یا حرکت کهکشان در میان یک خوشه کهکشانی متراکم رخ می‌دهد که باعث از بین رفتن گاز آن می‌شود.
بااین‌حال، کهکشان‌های کوتوله اطراف آندرومدا (M31) الگوی غیرمعمولی در تشکیل و توقف ستاره‌زایی نشان می‌دهند. تحقیقات جدید نشان می‌دهد که محیط پرتلاطم اطراف M31 عامل این رفتار غیرمعمول است. این پژوهش با عنوان “بررسی کهکشان‌های ماهواره‌ای M31 توسط تلسکوپ فضایی هابل. بخش چهارم: مرور کلی تحقیق و تاریخچه تشکیل ستاره‌ها در طول عمر کهکشان‌ها“ در مجله اخترفیزیک منتشر شده است. آلساندرو ساوینو از بخش ستاره‌شناسی دانشگاه برکلی کالیفرنیا نویسنده اصلی این مقاله است.
ستاره‌شناسان هنوز نمی‌دانند کهکشان راه شیری دقیقاً چند کهکشان کوتوله دارد، اما به نظر می‌رسد آندرومدا، با ده‌ها کهکشان کوتوله، تاریخچه پویاتری از ادغام و جذب کهکشان‌های دیگر داشته است. احتمال دارد که M31 چند میلیارد سال پیش با یک کهکشان عظیم دیگر ادغام شده باشد و کهکشان‌های کوتوله کنونی آن، بازمانده‌های این گذشته پرحادثه و جرم زیاد آن باشند.
نویسندگان مقاله می‌گویند:
“دانش ما درباره تشکیل کهکشان‌های کم‌جرم عمدتاً بر اساس کهکشان‌های ماهواره‌ای راه شیری است. اما هنوز مشخص نیست که آیا یافته‌های ما درباره این کهکشان‌ها را می‌توان به سایر سیستم‌های ماهواره‌ای و کهکشان‌های کم‌جرم تعمیم داد یا نه.”
دانیل وایس از دانشگاه برکلی می‌گوید:
“همیشه این نگرانی وجود دارد که آیا آنچه در مورد کهکشان راه شیری یاد می‌گیریم، در مورد کهکشان‌های دیگر نیز صدق می‌کند یا خیر.”
مطالعه کهکشان‌های کوتوله چالش‌برانگیز است، زیرا ما در داخل کهکشان راه شیری قرار داریم که مشاهده مناطق بیرونی آن را دشوار می‌سازد. همچنین، این کهکشان‌ها بسیار کم‌نور هستند و تشخیص آن‌ها در کهکشان‌های دوردست نیز سخت است. اما خوشبختانه، آندرومدا برای رصدهای دقیق کاملاً در دسترس قرار دارد.
در این پژوهش، تیم تحقیقاتی بیش از ۱۰۰۰ گردش هابل را به کار گرفتند تا نمودارهای رنگ-قدر ستاره‌ای بسیار دقیقی از ۳۶ کهکشان کوتوله مرتبط با هاله آندرومدا تهیه کنند. این کار برای ۱۰ منطقه دیگر در M31، M33 و جریان ستاره‌ای غول‌پیکر نیز انجام شد. M33 کهکشان مثلث، سومین کهکشان بزرگ گروه محلی پس از آندرومدا و راه شیری، و یکی از کهکشان‌های ماهواره‌ای M31 است. جریان ستاره‌ای غول‌پیکر یک نوار طولانی از ستارگان است که بقایای یک کهکشان جذب‌شده توسط M31 محسوب می‌شود.
اعتبار تصویر: Ferguson و همکاران، ۲۰۰۰.
این مشاهدات رابطه‌ای دقیق میان تاریخچه تشکیل ستارگان در کهکشان‌های کوتوله، جرم آن‌ها و فاصله‌شان از آندرومدا نشان می‌دهد.
ساوینو می‌گوید:
“مدت زمانی که کهکشان‌های ماهواره‌ای می‌توانند به تشکیل ستاره‌ها ادامه دهند، کاملاً به جرم آن‌ها و فاصله‌شان از کهکشان آندرومدا بستگی دارد. این یافته، نشانه روشنی از تأثیر یک کهکشان عظیم مانند آندرومدا بر رشد کهکشان‌های کوچک‌تر است.”
ستاره‌شناسان هنگام مطالعه جزئیات کهکشان‌ها با چالش‌هایی روبه‌رو هستند. تنها کهکشان قابل بررسی دقیق، راه شیری است و وسوسه استفاده از اطلاعات آن برای تعمیم به سایر کهکشان‌ها همیشه وجود دارد.
دانیل وایس می‌گوید:
“همیشه تمایل داریم دانسته‌های خود از راه شیری را به سایر کهکشان‌ها تعمیم دهیم. اما این نگرانی وجود دارد که آیا کهکشان‌های دیگر هم ویژگی‌های مشابهی دارند؟ پژوهش ما نشان می‌دهد که کهکشان‌های کم‌جرم در محیط‌های دیگر مسیرهای تکاملی متفاوتی از کهکشان‌های ماهواره‌ای راه شیری داشته‌اند.”
این مشاهدات دقیق از آندرومدا نشان می‌دهند که محیط آن بسیار آشفته‌تر از راه شیری است.
وایس می‌گوید:
“ساختارهای پراکنده در سامانه آندرومدا بسیار نامتقارن و مختل‌شده‌اند. به نظر می‌رسد که در گذشته‌ای نه‌چندان دور، رویداد مهمی رخ داده است.”
یکی از یافته‌های شگفت‌انگیز این پژوهش این است که تقریباً نیمی از کهکشان‌های کوتوله آندرومدا در یک صفحه مشترک، به نام “صفحه بزرگ آندرومدا” قرار دارند و همگی در یک جهت حرکت می‌کنند.
وایس می‌گوید:
“این واقعاً عجیب است! این کشف برای ما کاملاً غیرمنتظره بود و هنوز دقیقاً نمی‌دانیم چرا این کهکشان‌ها چنین چیدمانی دارند.”
بااین‌حال، کهکشان‌های کوتوله‌ای که روی این صفحه قرار دارند، از نظر تاریخچه تشکیل ستاره‌ای (SFH) تفاوتی با کهکشان‌های خارج از این صفحه ندارند.
محققان از نمودارهای رنگ-قدر (CMDs)، ابزاری مهم در ستاره‌شناسی، برای بررسی تاریخچه تشکیل ستاره‌ها در کهکشان‌های کوتوله آندرومدا استفاده کردند. این نمودارها روشنایی و رنگ ستاره‌ها را در مقابل یکدیگر قرار می‌دهند و اطلاعات مهمی درباره سن جمعیت ستاره‌ای و زمان توقف تشکیل ستاره‌ها ارائه می‌دهند.
نتایج نشان می‌دهد که تشکیل ستاره‌ها در کهکشان‌های کوتوله بسیار طولانی‌تر از حد انتظار ادامه داشته است. این فرآیند از دوره‌های اولیه کیهان آغاز شده و با سرعت کمتری، از ذخایر گازی موجود تغذیه کرده است. این یافته‌ها با شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای مانند TNG 50 همخوانی ندارند.
ساوینو می‌گوید:
“تشکیل ستاره‌ها بسیار دیرتر از آنچه انتظار می‌رفت ادامه داشته است. این نتایج در هیچ‌یک از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای پیش‌بینی نشده‌اند و هنوز هیچ‌کس توضیح روشنی برای آن ندارد.”
این نتایج نشان می‌دهند که تاریخچه محیطی، نیروهای کشندی و از بین رفتن گاز در کهکشان‌های ماهواره‌ای M31 با کهکشان‌های اطراف راه شیری متفاوت بوده و الگوهای تشکیل ستاره‌ای متفاوتی را طی زمان کیهانی ایجاد کرده‌اند. این یافته‌ها نشان می‌دهد که تعمیم دادن اطلاعات کهکشان راه شیری به سایر کهکشان‌ها ممکن است اشتباه باشد.
نویسندگان مقاله در پایان می‌نویسند:
“نتایج این پژوهش گامی مهم در درک سامانه ماهواره‌ای M31 محسوب می‌شود. اطلاعات به‌دست‌آمده از تاریخچه تشکیل ستاره‌ها در این کهکشان‌ها، با مجموعه‌های داده‌ای بزرگ‌تر آینده ارزش بیشتری پیدا خواهند کرد.”
