اکنون نیز راه شیری بهآرامی در حال بلعیدن دو کهکشان اقماری خود، یعنی ابرهای ماژلانی بزرگ و کوچک است. شواهد این فرایند در جریانی از گاز موسوم به «جریان ماژلانی» دیده میشود؛ رشتهای از گاز به طول حدود ۶۰۰ هزار سال نوری. راه شیری این گاز را از ابرهای ماژلانی جدا میکند، زیرا این دو کهکشان جرم کافی برای حفظ این گاز ندارند. آنها در نبرد گرانشی با راه شیری، که بسیار پرجرمتر است، شکست میخورند.
راه شیری در گذشته نیز کهکشانهای بسیاری را بلعیده است. مأموریت گایا متعلق به آژانس فضایی اروپا (ESA) نشان داد که راه شیری میلیاردها سال پیش کهکشان کوتولهٔ گایا–انسلادوس–ساسیج را در خود جذب کرده است.
همسایه نزدیک ما، کهکشان آندرومدا نیز تعداد زیادی کهکشان کوتوله پیرامون خود دارد و در گذشته از طریق همین فرایند ادغام رشد کرده است. پژوهش جدیدی با بررسی کهکشانهای کوتوله آندرومدا تلاش میکند این فرایند ادغام طولانی و پیچیده را بهتر بفهمد. عنوان این پژوهش «زندگی و مرگ کهکشانهای ماهوارهای کمنور در اطراف M31» است. این مقاله برای چاپ در نشریه Monthly Notices of the Royal Astronomical Society ارسال شده و در حال حاضر در وبسایت arxiv.org در دسترس است. نویسنده مسئول این پژوهش الکس مرو از بخش فیزیک دانشگاه دورهام است.
به لطف مأموریت گایا، اکنون ستارهشناسان به مجموعهای گسترده از دادههای حرکت خاص بیش از یک میلیارد ستاره در کهکشان راه شیری دسترسی دارند. این دادهها به آنها اجازه میدهد مسیرهای مداری کهکشانهای ماهوارهای را در زمان گذشته بازسازی کنند. از سوی دیگر، توانایی تفکیک تکستارهها در فواصل بسیار دور کمک میکند جمعیتهایی از ستارگان که منشأ مشترکی دارند—even اگر دیگر از نظر گرانشی به هم وابسته نباشند—شناسایی شوند. پژوهشگران تأکید میکنند که با ترکیب این دادهها میتوان دریافت که چگونه کهکشانهای ماهوارهای تحت تأثیر محیط پیرامونی خود و هنگام گردش به دور میزبانهای بسیار بزرگتر شکل میگیرند.
نویسندگان توضیح میدهند: «گروه محلی (Local Group) به دلیل موقعیت خاص ما، یک آزمایشگاه بینظیر برای نظریههای تحول کهکشانی فراهم میکند.» پژوهشهای گذشته بررسی کردهاند که کهکشانهای کوتوله چگونه وارد محدوده راه شیری میشوند و در چه مرحلهای از این فرایند فعالیت ستارهزایی آنها خاموش میشود. خاموششدن (Quenching) یعنی ناتوانی در ایجاد ستارگان جدید، زیرا کهکشان بزرگتر گاز آنها را بیرون میکشد. این فرایند گاهی حتی باعث یک فوران عظیم ستارهزایی در کهکشان بزرگتر میشود؛ به این معنا که کهکشان میزبان، کهکشان کوچکتر را «میبلعد» و ستارگان آینده آن را میدزدد.
هدف پژوهش حاضر این بود که بفهمد کهکشانهای ماهوارهای چگونه خاموش میشوند؛ فرایندی حیاتی در مسیر ادغام.
پژوهشگران مینویسند: «ما پیشبینیهایی برای حرکات خاص، زمانهای ورود (infall time)، و زمان نخستین گذر حضیض (pericentre) برای ۳۹ ماهواره M31 ارائه میدهیم.» آنها این ویژگیها را بر اساس شبیهسازیهای کیهانی N-body و خصوصیات شناختهشده آندرومدا برآورد کردهاند. «با استفاده از این محدودیتها و تاریخچههای ستارهزایی منتشرشده، بررسی کردیم که چه مکانیزمهای محیطی عامل اصلی خاموششدن کهکشانهای کوتوله در پیرامون میزبانهایی مشابه آندرومدا هستند.»
اعتبار تصویر: NASA, ESA, A. Savino (UC Berkeley), J. DePasquale (STScI), A. Fujii DSS2.
مجوز: CC BY 4.0 INT یا ESA Standard Licence
نتایج نشان میدهد تنها ماهوارههای پرجرم آندرومدا میتوانند بیش از ۳ میلیارد سال پس از حضیض به ستارهزایی ادامه دهند. حضیض نقطهای است که کهکشان کوتوله به بیشترین حد به آندرومدا نزدیک میشود و در معرض شدیدترین اثرات گرانشی قرار میگیرد. نویسندگان اشاره میکنند که این روند نشان میدهد فشار رم (Ram-pressure)، کندن کشندی (Tidal stripping)، و/یا قطع ورود گاز میتواند بهطور قابل اعتماد کهکشانهای کوتوله با جرم کمتر از ۱۰۷.5M⊙۱۰^{۷.۵} M_{\odot}107.5M⊙ را هنگام تبدیل شدن به ماهواره آندرومدا خاموش کند.
کهکشانهای ماهوارهای کمجرم بهسختی زنده میمانند. نتایج نشان میدهد بسیاری از آنها خیلی پیش از برخورد واقعی با آندرومدا خاموش میشوند. نویسندگان مینویسند: «بیشتر ماهوارههای کمجرم مدتها پیش از نخستین گذر حضیض خاموش شدهاند، و برخی از کمجرمترینها حتی تا ۱۰ میلیارد سال پیش خاموش شدهاند.»
برخی از این ماهوارهها توسط فرایند یونش مجدد (Reionization) خاموش میشوند؛ فرایندی که در آن گاز با تابش فرابنفش داغ میشود. وقتی گاز بیش از حد داغ شود، انرژی جنبشی کافی برای فرار از میدان گرانشی کهکشان کوتوله را به دست میآورد و به نوعی «جوشیده» و تبخیر میشود. اما بیشتر کهکشانهای بسیار کمجرمی که در مراحل اولیه خاموش شدهاند، به دلیل فرایندی به نام پیشپردازش (Pre-processing) خاموش شدهاند. در این حالت، کهکشان کوتوله مدتی را در نزدیکی یک میزبان کوچکتر از آندرومدا سپری کرده و آن محیط باعث گرمشدن و از دست رفتن گاز آن شده است.
اعتبار تصویر: ناسا.
پژوهشگران این نتایج را با دادههای مربوط به راه شیری مقایسه کردند. آنها دریافتند که دو کهکشان جمعیتهای متفاوتی از ماهوارهها دارند. «بهویژه اینکه ماهوارههای راه شیری مدت طولانیتری ماهواره بودهاند و پس از ورود نیز بسیار سریعتر خاموش شدهاند.» آنها اشاره میکنند که بر اساس پژوهشهای قبلی، ۷۶ درصد ماهوارههای راه شیری زمان خاموششدن و زمان ورود بیش از ۹ تا ۱۱ میلیارد سال پیش دارند.
اما ماهوارههای آندرومدا پراکندگی گستردهتر و یکنواختتری در زمان ورود و خاموششدن نشان میدهند. این تفاوت ممکن است ناشی از عوامل رصدی باشد، یا اینکه راه شیری ماهوارههای خود را بسیار زودتر از آندرومدا بلعیده باشد—بهجز دو استثنای مهم: ابرهای ماژلانی بزرگ و کوچک.
نویسندگان مینویسند: «در میان ماهوارههای M31، بیشتر خاموششدنها پیش از حضیض، یا حتی پیش از ورود رخ میدهد.» این روند با عوامل مختلفی سازگار است: خاموششدن داخلی، پیشپردازش توسط هالههای دیگر یا ساختار تارهای کیهانی، و در برخی موارد یونش مجدد در نخستین دورههای جهان.
ستارهشناسان اکنون دادههایی بسیار دقیقتر از چند سال گذشته در اختیار دارند و این دادهها اجازه میدهد بهتر درک کنند که کهکشانهای بزرگ چگونه ماهوارههای خود را خاموش کرده و میبلعند. خاموششدن بخشی بنیادی از ترکیب کهکشانی است و این پژوهش کمک میکند تفاوت این فرایند را در کهکشانهای مختلف بهتر بفهمیم.
نویسندگان در پایان نتیجه میگیرند: «خصوصیات ماهوارههای M31 نشان میدهد که اثرات محیطی—از جمله فشار رم، کندن کشندی و توقف جذب گاز—خاموشکنندههای قابل اعتمادی برای کهکشانهای کوتولهٔ کمجرم در کیهان هستند.»
