چگونه اختروش های دارای نیروی سیاهچاله کهکشان های همسایه را در کیهان اولیه کشتند

‘برخی کوازارها همسایه های ساکتی نیستند.’

اخترشناسان از نمای میدان گسترده دوربین انرژی تاریک استفاده کرده اند تا تأیید کنند که اختروش های ابرپرجرم دارای نیروی سیاهچاله در کیهان اولیه در محله های متراکم قرار گرفته اند.با این حال، به نظر می رسد که این جانوران کیهانی دقیقاً بهترین همسایگان نبودند.

تیم پشتیبان این تحقیق دریافتند که اختروش ها ‘همسایگان پر سر و صدا’ هستند که تشعشعاتی را منفجر می کنند که می توانند شکل گیری ستاره ها را قطع کنند، بنابراین کهکشان هایی را که در همسایگی های کیهانی نزدیک خود زندگی می کنند، ‘کشتند’. در نتیجه، نزدیکترین کهکشان‌های همراه در اطراف برخی از اختروش‌ها رشد نمی‌کنند و بنابراین برای دیدن بسیار کوچک و کم نور هستند.

این تیم می‌گوید این نتایج در مورد ‘چگالی شهری’ اختروش‌ها و کهکشان‌های همراه آنها می‌تواند توضیح دهد که چرا برخی از مطالعات قبلی در مورد چگالی کیهان اولیه نشان داده‌اند که کهکشان‌ها و اختروش‌ها به طور فشرده در کنار هم قرار گرفته‌اند در حالی که برخی دیگر نشان‌دهنده کمبود کهکشان‌های همراه در اطراف اختروش‌ها هستند.

برای انجام مطالعه خود، محققان به اختروش VIK 2348-3054 روی آوردند که در حدود ۱۲.۸ سال نوری از زمین قرار دارد. فاصله تا این اختروش به لطف آرایه میلی‌متری بزرگ آتاکاما (ALMA) کاملاً مشخص است.

با انتخاب هدفش، دوربین انرژی تاریک یا DECam که بر روی تلسکوپ ۴ متری ویکتور ام. بلانکو در رصدخانه بین آمریکایی سرو تولولو در شیلی نصب شده بود، به تیم اجازه داد تا بزرگترین جستجوی منطقه را در آسمان انجام دهد. -اختروش جهان در حالی که میدان دید سه درجه مربعی DECam یک نمای کلی گسترده از همسایگی کیهانی VIK 2348–۳۰۵۴ ارائه می‌کرد، فیلتر باند باریک آن افزودنی عالی بود که به تیم اجازه می‌داد تا در کهکشان‌های همراه اطراف اختروش بررسی شود.

تریستان لمبرت، سرپرست تیم، پژوهشگر فوق دکتری در دانشگاه استرالیای غربی مرکز بین‌المللی تحقیقات نجوم رادیویی (ICRAR) در بیانیه‌ای گفت: «این مطالعه اختروش‌ها واقعاً طوفان کامل بود.»ما یک اختروش با فاصله شناخته شده داشتیم و DECam در تلسکوپ بلانکو میدان دید عظیم و فیلتر دقیقی را که ما نیاز داشتیم ارائه می‌کرد.

اختروش‌های اولیه: نردبان های مجهز و تکنولوژی‌های پیشرفته آن‌ها

کوازارها یکی از درخشان‌ترین منابع نور در جهان شناخته شده هستند که اغلب از نور ترکیبی هر ستاره در کهکشان‌های اطرافشان می‌تابند. موتوری که این گازهای گلخانه‌ای را هدایت می‌کند، سیاه‌چاله‌های مرکزی با جرمی میلیون‌ها برابر خورشید هستند.

مانند هر موتور دیگری، این هیولاهای کیهانی به سوخت نیاز دارند. برای اختروش‌ها، این به شکل گاز و غباری است که در اطراف سیاهچاله‌های مربوطه می‌چرخند، که «دیسک برافزایش» نامیده می‌شود، که به تدریج فضاهای خالی را تغذیه می‌کند. تأثیر گرانشی عظیم سیاهچاله باعث ایجاد مقدار زیادی اصطکاک در قرص برافزایشی می‌شود و این ماده را فوق‌گرم می‌کند و پلاسما و تشعشعات الکترومغناطیسی شدید ایجاد می‌کند که گسیل‌های اختروش را تشکیل می‌دهد.

با این حال سیاهچاله ها خواران آشفته ای هستند. برخی از مواد توسط میدان‌های مغناطیسی قدرتمند به قطب‌های خود هدایت می‌شوند، جایی که به سرعت‌های نزدیک به نور شتاب می‌گیرند و به صورت جت‌های پلاسما منفجر می‌شوند. انتشارات الکترومغناطیسی درخشان نیز این جت ها را همراهی می کند.

بنابراین اختروش‌ها برای تسهیل گسیل‌های قدرتمندشان و اجازه دادن به سیاه‌چاله‌های بسیار پرجرمشان تا اندازه‌های فوق‌العاده‌ای در جهان نسبتاً اولیه رشد کنند، بنابراین اختروش‌ها باید با مواد فراوانی احاطه شوند تا از آن تغذیه کنند.

نرخ لزوماً بالای تغذیه باعث شده است که بسیاری از ستاره شناسان پیشنهاد کنند که اختروش ها باید در برخی از متراکم ترین مناطق جهان که در آن گاز زیادی در دسترس است قرار گیرند. اما به طرز گیج کننده ای، مشاهدات همیشه این ایده را تایید نکرده اند.

برای بررسی این موضوع، لامبرت و همکارانش کهکشان‌های همراه را در اطراف VIK J2348-3054 با اندازه‌گیری گسیل خاصی به نام تشعشعات آلفای لیمان شمارش کردند. این نشانه‌ای از نوعی هیدروژن است که الکترون‌های آن در دمای بالا از بین رفته است. سپس الکترون‌ها و هسته‌های هیدروژن دوباره با هم ترکیب می‌شوند و اتم‌های هیدروژن یونیزه‌شده قبلی مقداری الکترون را پس می‌گیرند. این یک شاخص معمولی از شکل‌گیری ستاره است و بنابراین نشان‌دهنده کهکشان‌های جوان‌تر و کوچک‌تر است که اجسام ستاره‌ای را به دنیا می‌آورند.

به طور مفید، تابش لیمن-آلفا تعیین کننده خوبی برای مقادیر انتقال به سرخ است، تغییر در فرکانس نوری که وقتی منبع نور از نقطه نظر ما در جهان دور می شود، تشخیص می دهیم. این بدان معناست که روش خوبی برای تعیین فاصله تا این کهکشان‌های کوچک و جوان است. سپس می توان از این اندازه گیری ها برای ساخت یک مدل سه بعدی از منطقه اطراف یک اختروش استفاده کرد.

این تیم با انجام این کار برای اختروش VIK J2348-3054، ۳۸ کهکشان همراه را پیدا کرد که فاصله آنها به ۶۰ میلیون سال نوری می رسید که نشان دهنده یک منطقه متراکم از فضا است. در کمال تعجب لمبرت و همکارانش، آنها همچنین غیبت کامل کهکشان های همراه را در فاصله ۱۵ میلیون سال نوری از اختروش پیدا کردند.

این می تواند توضیح دهد که چرا تحقیقات قبلی در مورد بررسی محیط های اختروش نتایج چگالی متناقضی را ارائه کرده است. به این دلیل که تحقیقاتی که نشان می‌دهد فضای خالی اطراف اختروش‌ها ممکن است بر نواحی بی‌واسطه اطراف این سیاه‌چاله‌های کلان پرجرم متمرکز شده باشد. این مناطق با کهکشان های غیرقابل کشف و خاموش شده توسط ستاره زایی پر می شدند. برعکس، تحقیقاتی که مناطق شلوغی از فضا را در اطراف اختروش‌ها نشان داد، به تصویر بزرگ‌تر نگاه کردند، اما در مجاورت اختروش‌ها زوم نکردند.DECam تصویر واضح تری ارائه کرد زیرا تنها مطالعه ای را که شامل داده های منطقه بزرگ به منطقه کوچک بود، تسهیل کرد.

لامبرت گفت: ‘نمای بسیار وسیع DCam برای مطالعه کامل محله های اختروش ضروری است. شما واقعاً باید به یک منطقه بزرگتر باز شوید.”این یک توضیح منطقی را نشان می دهد که چرا مشاهدات قبلی با یکدیگر در تضاد هستند.’

محققان گمان می کنند که دلیل کمبود ظاهری کهکشان های همراه در نزدیکی این اختروش را می دانند. آنها پیشنهاد می‌کنند که این می‌تواند نتیجه تشعشعات شدید اختروش باشد که شکل‌گیری ستارگان را مختل می‌کند و در نتیجه رشد کهکشان‌های نزدیک را از بین می‌برد. این بدان معناست که آن کهکشان ها احتمالاً آنجا هستند، اما برای دیدن بسیار کوچک و کم نور هستند.

لامبرت نتیجه گرفت: برخی کوازارها همسایگان ساکتی نیستند.ستاره‌ها در کهکشان‌ها از گازی تشکیل می‌شوند که به اندازه‌ای سرد است که تحت گرانش خود فرو بریزد. اختروش‌های درخشان به طور بالقوه می‌توانند چنان درخشان باشند که این گاز را در کهکشان‌های نزدیک روشن کنند و آن را گرم کنند و از این فروپاشی جلوگیری کنند.