همین حقیقت ساده باعث میشود دنبالکردن حرکت اجرام دوردست بیرون از کهکشانمان کاری بسیار دشوار باشد. برای مثال، دهههاست که میان ستارهشناسان درباره مسیر یکی از نزدیکترین همسایگان ما، یعنی ابر ماژلانی بزرگ (LMC)، بحث وجود دارد؛ اینکه این کهکشان در چند میلیارد سال گذشته دقیقاً چه مسیری طی کرده است. پژوهش جدیدی از اسکات لوکینی و جیوون جِسی هان از مرکز اخترفیزیک هاروارد با استفاده از روشی منحصربهفرد—یعنی بررسی مسیر ستارگان فوقپرسرعت—به این پرسش پرداخته است.
اما «ستارهٔ فوقپرسرعت» چیست؟
وقتی یک سامانهٔ دوتایی ستارهای بیش از حد به یک سیاهچالهٔ پرجرم نزدیک شود، نیروهای کشندیِ شدیدِ سیاهچاله آن سامانه را از هم میپاشند. معمولاً یکی از ستارهها در مدار سیاهچاله گرفتار میشود، اما دیگری پیوند گرانشیاش را با همدم خود از دست میدهد و نیروی حاصل آن را با سرعتی بیش از ۱۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه به بیرون پرتاب میکند. ستارهای با چنین سرعتی سرانجام از کهکشان خود نیز بیرون میافتد و در پهنهٔ خالی میان کهکشانی سرگردان میشود.
ردیابی مسیر این ستارگان میتواند مسیر آنها را تا نقطهٔ بیرونافتادنشان از سامانهٔ دوتایی دنبال کند. پژوهشگران با بررسی دادههای انتشار سوم گایا (Gaia DR3) سه ستاره یافتند که احتمال میدهند از ابر ماژلانی بزرگ بیرون زده باشند. یکی از آنها، با نام HVS 3، مدتهاست مظنون بوده که منشأش LMC است. اما دو ستاره دیگر، HVS 7 و HVS 15، تازگی کشف شدهاند و مسیر آنها نشان میدهد از راه شیری نیامدهاند؛ بنابراین LMC محتملترین خاستگاه آنهاست.
ردگیری محل بیرونافتادن این ستارگان میتواند جای سیاهچالهٔ پرجرم مرکزی را که آنها را پرتاب کرده مشخص کند. در واقع بحثهایی وجود داشته که آیا LMC اصلاً چنین سیاهچالهای دارد یا نه. وجود ستارگان فوقپرسرعتی که از LMC برآمدهاند، نشانهٔ محکمی است که احتمالاً چنین سیاهچالهای وجود دارد، اما این هنوز یک مشاهدهٔ مستقیم و قطعی نیست. یافتن محل دقیق این سیاهچاله و تعیین اینکه کجا باید بهدنبال آن گشت، یکی از نتایج کلیدی مقاله است.
اما این کار ساده نیست. نمیتوان فقط یک خط مستقیم از محل فعلی ستاره به عقب کشید و به خاستگاه آن رسید. چرا که عوامل بسیاری مسیر حرکت کهکشانها را تغییر میدهند—و مهمترین آنها مادهٔ تاریک است. برای در نظر گرفتن این پیچیدگی، پژوهشگران شبیهسازیهایی از حرکت راه شیری و LMC انجام دادند و اصطکاک دینامیکی را نیز لحاظ کردند؛ نیرویی که هنگام حرکت یک جرم بزرگ در میان ذرات کوچکتر به وجود میآید و نوعی «کُندشدن» ایجاد میکند.
با این مدلها، پژوهشگران توانستند «راهرو» یا محدودهای را که LMC در چند میلیون سال گذشته از آن گذشته است ۵۰ درصد دقیقتر تعیین کنند. با این حال آنها نتوانستند به پرسش بنیادی دیگری پاسخ دهند:
آیا LMC اکنون در اولین گذر خود از نزدیکی راه شیری است یا در دومین؟
گرچه باور داریم LMC گرانشی به راه شیری وابسته است، اما مدلها نشان میدهند که این کهکشان یا اکنون در نخستین مدار خود بهدور ماست، یا حدود ۶ تا ۸ میلیارد سال پیش یک مدار کامل زده و اکنون در دومین گذر خود قرار دارد. مدل جدید اصطکاک دینامیکی و محاسبه مسیر با هر دو فرضیه (اولین گذر و دومین گذر) سازگار است، اما مقاله اشاره میکند که مدل دوم، یعنی فرضیه گذر دوم، احتمالاً به اندازه کافی دقیق نیست که پیچیدگیهای چنین مدارهای کهکشانی عظیمی را توضیح دهد.
پرسش مهم دیگر که پژوهشگران پاسخ دادهاند این است:
سیاهچالهٔ مرکزی LMC دقیقاً کجا قرار دارد؟
آنها مختصات دقیق این سیاهچالهٔ احتمالی را ارائه میکنند و توضیح میدهند که محل آن حدود ۱.۵ درجه از مرکز ظاهری LMC جابهجا است. این جابهجایی ظاهراً به دلیل نیروهای کشندی آشوبناک ناشی از ابر ماژلانی کوچک (SMC) رخ داده است؛ یکی دیگر از همسایگان نزدیک ما که تأثیر قابل توجهی بر ساختار LMC دارد.
البته پژوهش هنوز به دادههای بیشتری نیاز دارد. نتیجهگیریهای مقاله تنها بر اساس سه ستاره است و دادههای همین سه ستاره نیز چندان دقیق نیست. اگر زمان رصد بیشتری برای تعیین حرکت دقیق این ستارگان اختصاص یابد، امکان محدود کردن بیشتر مسیر حرکت LMC و درک بهتر از نقش ماده تاریک در حرکت کهکشانها فراهم خواهد شد. فقط کافی است فرصتی برای استفاده از یکی از تلسکوپهای بزرگ فراهم شود—کاری که البته دشوار است. اما روزی خواهد رسید که ما بتوانیم قلب تاریک نزدیکترین همسایه کهکشانی خود را با قطعیت بیابیم.