اما وقتی اخترشناسان میخواهند تاریخچهی ادغامهای سیاهچالهها در کهکشان راه شیری را بازسازی کنند، نیاز به رویکردی دیگر دارند؛ رویکردی شبیه به جرمشناسی در اخترشناسی.
دانشمندان بر این باورند که سیاهچالههای ابرپرجرم (SMBH) با جرمهایی تا میلیاردها برابر خورشید، احتمالاً در مرکز تمام کهکشانهای بزرگ مانند راه شیری قرار دارند. همچنین حدود ۵۰ سیاهچالهی ستارهای با جرمهایی در حد چند ده برابر خورشید در راه شیری شناسایی شدهاند و احتمالاً میلیونها سیاهچالهی دیگر با جرمهای مشابه نیز وجود دارند. سیاهچالههای با جرم متوسط (IMBH) بین این دو دسته قرار میگیرند و جرمی تا صد هزار برابر خورشید دارند، هرچند هنوز در حد نامزد باقی ماندهاند.
نتیجهی واضح این است که همهی اینها به هم مرتبطاند و سیاهچالههای ابرپرجرمی مانند «سگدُم» (Sgr A*) در مرکز راه شیری، از طریق یک سلسله ادغامهای پیدرپی به این جرم عظیم رسیدهاند. برای بازسازی تاریخچهی ادغام سیاهچاله ابرپرجرم در راه شیری، اخترشناسان باید خلاقیت به خرج دهند. پژوهش جدیدی تاریخچهی ادغامها را با جستجوی ستارگانی که از مرکز کهکشان پرتاب شدهاند، بررسی میکند.
این تحقیق با عنوان «جستجوی ستارگان پرتابشده از مرکز کهکشان در دادههای DESI» در مجله Astronomy and Astrophysics منتشر خواهد شد. نویسندهی اصلی آن سیل وربرن از رصدخانه لیدن در دانشگاه لیدن هلند است. مقاله فعلاً در سایت arxiv.org در دسترس است.
DESI یا «ابزار طیفسنجی انرژی تاریک» یک ابزار تلسکوپی است که به تلسکوپ مایال در رصدخانه کیت پیک آمریکا متصل شده است. این پروژه در حال انجام یک پیمایش طیفسنجی وسیع برای درک تاریخ انبساط جهان و نقش فیزیک انرژی تاریک است. این پژوهش جدید، دادههای DESI را با دادههای مأموریت گایا ترکیب کرده تا جمعیتهای ستارهای در هاله کهکشانی را بررسی کند، به ویژه ستارگانی که از مرکز کهکشان پرتاب شدهاند.
دانشمندان میدانند بسیاری از ستارگان با سرعت بسیار بالا (صدها تا هزاران کیلومتر بر ثانیه) از مرکز کهکشان پرتاب شدهاند؛ این ستارگان حاصل تعامل با سیاهچالهی «سگدُم» هستند. اما پژوهشگران میخواستند ستارگان دیگری را بیابند که با سرعت کمتری پرتاب شدهاند؛ این ستارگان میتوانند در زمان ادغام سیاهچالهها پرتاب شده باشند و حضورشان در هاله ستارهای نشانههایی از تاریخچه ادغامهای «سگدُم» باشد.
یافتن این ستارگان در هاله آسان نیست. هالهی ستارهای بخش قابل مشاهدهی هالهی کهکشانی است و منطقهای پیچیده است که شامل ساختارهای فرعی مانند بقایای کهکشانهای کوچکتر جذب شده میشود. جمعیتهای ستارهای مختلف با منشأهای متفاوت، فلزات (متالیتی) و حرکتشناسی (کینماتیک) متفاوتی دارند. بنابراین در حالی که هالهی ستارهای حاوی نشانههایی از تاریخچه راه شیری است، این نشانهها اغلب پوشیده شدهاند.
پژوهشگران با فیلتر کردن دادهها بر اساس سرعت و فلزات به دنبال ستارگان پرتاب شده گشتند.
نویسندگان مینویسند: «در این مطالعه، ما از نخستین دادههای منتشرشدهی DESI برای جستجوی این ستارگان پرتاب شده با سرعت کمتر از مرکز کهکشان استفاده کردیم. انتظار میرود این ستارگان بهخاطر فلزات بالا ([Fe/H] ≳ ۰) و مقدار کم تکانه زاویهای عمودی (LZ) از سایر جمعیتهای هاله متمایز باشند.» هدف آنها محدود کردن جمعیت این ستارگان پرتاب شده است که طی میلیاردها سال در هاله انباشته شدهاند.
نویسندگان توضیح میدهند: «هیچ جمعیت هالهی ستارهای دیگری با فلزاتی مشابه مرکز کهکشان شناخته نشده است، بنابراین فلزات یک عامل کلیدی در شناسایی این جمعیت از ستارگان است.»
اولین گام پژوهشگران، شبیهسازی جمعیتی از ستارگان پرتاب شده از مرکز کهکشان بود. این شبیهسازی به آنها نشانههایی داد تا این ستارگان را در دادههای DESI و گایا تشخیص دهند. سپس باید این جمعیت را شناسایی میکردند و همزمان میدانستند که جمعیتهای دیگر بدون ارتباط با پرتاب از مرکز کهکشان، ممکن است بخشی از همین فضاهای پارامتری را اشغال کرده باشند؛ این جمعیتها باقیماندههایی از کهکشان کوتولهی «گایا-سوسج/انسلاادوس» و گروه «اسپلش» هستند.
نویسندگان در پایان مینویسند: «در این کار بررسی کردیم که آیا میتوانیم تراکم بالایی از ستارگان با فلزات بالا و تکانه زاویهای کم در هاله کهکشانی با دادههای DESI DR1 شناسایی کنیم یا نه. چنین جمعیتی میتواند نشانهای از گسیختگی جفتهای ستارهای نزدیک به «سگدُم» یا ادغامهای گذشته «سگدُم» با سیاهچالههای متوسط یا سنگین باشد.» (مکانیسم هیلز اشاره به گسیختگی جفت ستارهای در اثر تعامل با یک سیاهچالهی ابرپرجرم دارد.)
تیم پژوهشی هیچ ستارهای در هاله نیافت که از ادغامهای گذشته سیاهچالهی ابرپرجرم «سگدُم» سرچشمه گرفته باشد. در بسیاری از پژوهشها عدم کشف بهعنوان ناکامی تلقی میشود، اما در اینجا چنین نیست. هدف این پژوهش محدود کردن جمعیت این ستارگان بوده و صفر بودن یک محدودیت قوی است.
نویسندگان مینویسند: «تحلیل ما منجر به عدم کشف چنین جمعیتی شد که از آن برای محدود کردن نرخ پرتاب ستارگان از مرکز کهکشان طی بازهای حدود ۵ میلیارد سال استفاده میکنیم. به طور خاص نتیجه گرفتیم که نرخ متوسط پرتاب طی ۵ میلیارد سال گذشته نمیتواند بیشتر از حدود ۲.۸ × ۱۰⁻³ در سال باشد.» اما این نرخ با نرخ انتظار از گسیختگی ستارگان توسط مکانیسم هیلز همخوانی دارد.
نویسندگان میافزایند: «نتایج ما میتواند برای محدود کردن مکانیزمهای پرتاب به کار رود؛ کاربردی بسیار جالب، محدود کردن تاریخچه ادغام «سگدُم» است. انتظار داریم که عدم کشف جمعیت ستارگان پرتاب شده، تاریخچه ادغام «سگدُم» را در مقیاس میلیاردها سال محدود کند؛ موضوعی که تاکنون اطلاعات کمی درباره آن داریم.»
