ذرات گرد و غبار کوچک در فضا بین ستارهای به شکل کشیده (بیضی) هستند، نه کروی. در حضور یک میدان مغناطیسی، این ذرات با میدان همراستا میشوند. این همراستایی باعث میشود نور به طور ترجیحی جذب و منعکس شود.
برخی از نور جذب میشود، اما نوری که بر محور طویل ذرات عمود است، عبور میکند و این پدیدهای به نام نور قطبیشده را ایجاد میکند. با مشاهده این نور قطبیشده، ستارهشناسان میتوانند نقشههایی از میدانهای مغناطیسی یک کهکشان تهیه کنند.
این روش برای نقشهبرداری از میدانهای مغناطیسی در Arp 220، یک زوج کهکشان در حال ادغام در فاصله ۲۵۰ میلیون سال نوری از ما، استفاده شد. محققان از آرایه بزرگ میلیمتری/زیر میلیمتری آتاکامای (ALMA) برای نقشهبرداری از یک “بزرگراه مغناطیسی” و جریان گاز که در امتداد این بزرگراه جریان دارد، استفاده کردند. ادغامهایی مانند این، میدانهای مغناطیسی پیچیده و جریانهای گاز را ایجاد میکنند و با ایجاد مناطق ستارهزایی و جریانات کهکشانی، محیط اطراف خود را شکل میدهند. هدف از این پژوهش، درک اثرات میدانهای مغناطیسی و جریان گاز بر تکامل کهکشانها است.
نتایج این تحقیق در مجله “The Astrophysical Journal Letters” منتشر شده و نویسنده اصلی آن Enrique Lopez-Rodriguez است که استاد بخش فیزیک و اخترشناسی در دانشگاه کارولینای جنوبی است.
محققان توضیح میدهند: “ادغام کهکشانها باعث ایجاد فعالیتهای ستارهزایی و جریانهای گاز میشوند که محیط کهکشانی را غنی میکنند و به طور عمیقی بر تکامل کهکشان تأثیر میگذارند.”
آنها Arp 220 را انتخاب کردند، زیرا یک زوج کهکشان در حال تعامل/ادغام است و همچنین نزدیکترین کهکشان ماهگرفتگی فرابنفشی فوقالعاده پرانرژی (ULIRG) به زمین است. ستارهشناسان آن را نمونهای اولیه از یک ULIRG میدانند، و این دلیل دیگری برای مطالعه آن است. ULIRGها در پاسخ به ادغام، فعالیتهای ستارهزایی را تجربه میکنند که در اوایل جهان بسیار رایجتر بودند.
بسیاری از کهکشانها، شاید حتی کهکشان خودمان، یک فاز ULIRG را تجربه کردهاند. ادغام Arp 220 حدود ۷۰۰ میلیون سال پیش آغاز شده و باعث ایجاد یک “فروپاشی ستارهای” عظیم شده است که حداقل ۲۰۰ خوشه ستارهای بزرگ را در ناحیه مرکزی متراکم آن ایجاد کرده است.
مجوز: مجوز استاندارد اژانس فضای اروپا/CC BY-SA 3.0 IGO
بررسی رابطه بین ادغام و “فروپاشی ستارهای” دشوار است، زیرا بخش زیادی از این فرآیندها پشت گرد و غبار پنهان است. اما محققان از مشاهدات ALMA برای نقشهبرداری از میدانهای مغناطیسی هستههای کهکشانی و جریان گاز در سه بعد استفاده کردند.
Enrique Lopez-Rodriguez، نویسنده اصلی، در یک بیانیه خبری گفت: “ما از ALMA برای نقشهبرداری از جهت و قدرت میدانهای مغناطیسی در کهکشانهای دوقلو استفاده کردیم.”
Josep Miquel Girart، همنویسنده و محقق در موسسه علوم فضایی، افزود: “این کار جزئیات بیسابقهای را در هستههای پوشیده از گرد و غبار و جریانهای مولکولی Arp 220، از جمله اولین تشخیص از خط انتشار مولکولی قطبیشده CO(3–۲) نشان داد.” این انتشار، جریان گاز خروجی را در کهکشان خارجی ردیابی کرد و نشان داد که گاز در حال خروج، دارای یک میدان مغناطیسی منظم است.
هسته غربی Arp 220، با نام Arp 220 W، دارای یک میدان مغناطیسی تقریباً عمودی است که با یک جریان مولکولی دوقطبی همراستا است. این جریان با سرعت حدود ۵۰۰ کیلومتر در ثانیه حرکت میکند و یک “بزرگراه مغناطیسی” را از کهکشان خارج میکند. محققان میدانند که ادغامها و دورههای “فروپاشی ستارهای” با حذف گاز، شکلگیری ستارگان را مهار میکنند. اما این اولین باری است که میدانهای مغناطیسی به عنوان محرک جریان گاز خروجی شناسایی شدهاند.
محققان همچنین مشاهدات قطبیشدگی خود را با اندازهگیری جرم گاز، آشفتگی و سرعت جریان ترکیب کردند. این امر به آنها اجازه داد تا قدرت میدانهای مغناطیسی را در لبههای خروجی با جابجایی آبی و سرخ تخمین بزنند. مشاهدات، یک الگوی مارپیچی مغناطیسی را که یک دیسک و بازوی گرد و غبارآلود در هسته شرقی را در هم میپیچد، آشکار کرد. این میدانها منظم هستند و وجود آنها نشان میدهد که میتوانند حتی در میان هرج و مرج یک ادغام باقی بمانند.
اما جالبترین یافته، احتمالاً پلی است که هر دو هسته را به هم متصل میکند. پلی قطبیشدهای وجود دارد که هر دو هسته را در بر میگیرد و ممکن است نحوه هدایت مواد و شار مغناطیسی بین آنها باشد.
Enrique Lopez-Rodriguez گفت: “هنگامی که Arp 220 به طور کلی مشاهده میشود، یکی از بهترین مکانها در جهان هستی برای ستارهشناسان برای بررسی نحوه همکاری گرانش، تشکیل ستاره و بادهای قدرتمند با میدانهای مغناطیسی قوی برای بازسازی یک کهکشان و کاشتن محیط اطراف آن با گاز و غبار مغناطیسی است.”
تیم تخمین زد که قدرت میدانهای مغناطیسی Arp 220 صدها، حتی هزاران برابر قویتر از میدانهای موجود در دیسک کهکشان راه شیری است. به طور کلی، نتایج نشان میدهد که میدانهای مغناطیسی فشرده و تقویتشده در کهکشانهای در حال ادغام میتوانند مواد را از کهکشان به محیط کهکشانی خارج کنند. از آنجایی که Arp 220 یک ویژگی رایج در اوایل جهان را نشان میدهد، مشاهدات نشان میدهند که این میدانها و بادهای قدرتمند کهکشانها و تشکیل ستارگان را در طول زمانهای بسیار طولانی شکل دادهاند.
محققان نوشتند: “نتایج Arp 220 نشان میدهد که این میدانهای B قوی ممکن است در “فروپاشی ستارهای” شدید، تقویتشده توسط آشفتگی، برشی و بازخورد، رایج باشند. این میدان B تقویتشده احتمالاً توسط انرژی جنبشی آشفتگی در جریان حفظ میشود و ممکن است در هدایت انتقال فلزات و پرتوهای کیهانی به محیط کهکشانی نقش مهمی ایفا کند.”
ALMA میتواند مشاهدات مشابهی را بر روی کهکشانهای با جابجایی سرخ بالا انجام دهد تا ببیند آیا همان میدانهای مغناطیسی و بادها در گذشته دور وجود داشتهاند یا خیر. این میتواند این فرضیهای را که این تحقیق مطرح میکند، تأیید کند.
محققان نتیجهگیری کردند: “مشاهدات آینده ALMA که به دنبال انتقالهای مشابه در سیستمهای با جابجایی سرخ بالا هستند، ممکن است میدانهای B ∼۱۰۰–۱۰۰۰ μG در جریانهای مولکولی را نشان دهند و تأیید کنند که میدانهای مغناطیسی نقش اساسی در تنظیم تشکیل ستاره و بازخورد در طول زمان کیهانی ایفا میکنند.”
