ابرهای تندرو، جان تازه‌ای به ستاره‌زایی در کهکشان‌های خاموش می‌دهند

یعنی نحوه‌ی گردش گاز، غبار و ستارگان پیرامون مرکز کهکشان. این یک مقدار ثابت نیست، بلکه یک پروفایل سرعتی است که بسته به فاصله از مرکز کهکشان تغییر می‌کند.

زمانی که ستاره‌شناسان در کهکشانی چیزی را ببینند که مطابق این حرکت معمول رفتار نمی‌کند، توجهشان جلب می‌شود — درست همان اتفاقی که برای کهکشان M83 افتاد.

M83 یا کهکشان فرفره جنوبی، یکی از نزدیک‌ترین و درخشان‌ترین کهکشان‌های مارپیچی میله‌ای است که در حدود ۱۵ میلیون سال نوری با ما فاصله دارد و با دوربین دوچشمی نیز قابل مشاهده است. مدتی است که اخترشناسان از مشاهده‌ی فعالیت شدید ستاره‌زایی در آن متعجب‌اند، چرا که تصور می‌شد مواد کافی برای شکل‌گیری ستاره‌های جدید در آن وجود ندارد.

اکنون یک گروه پژوهشی از ژاپن شاید پاسخی برای این معما یافته باشد.

پژوهش آن‌ها با عنوان «ابرهای مولکولی پرسرعت در M83» در نشریه اخترفیزیکی (The Astrophysical Journal) منتشر شده است. نویسنده‌ی اول، ماکی ناگاتا، دانشجوی دکتری و اخترشناس در مؤسسه اخترشناسی دانشگاه توکیو است. این تحقیق، به دنبال پاسخ به یکی از پرسش‌های دیرینه‌ی اخترشناسی است:
کهکشان‌ها چگونه حتی پس از پایان منابع داخلی خود، گاز تازه برای ادامه‌ی ستاره‌زایی دریافت می‌کنند؟

«نتایج ما نشان می‌دهد که کهکشان‌ها موجوداتی منزوی نیستند، بلکه همواره با محیط اطراف خود در تعامل‌اند.» — ماکی ناگاتا، دانشگاه توکیو

برای یافتن پاسخ، تیم پژوهشی از داده‌های رادیویی تلسکوپ پرقدرت آرایه میلی‌متری/زیرمیلی‌متری بزرگ آتاکاما (ALMA) استفاده کرد — پیچیده‌ترین آرایه‌ی رادیوتلسکوپی زمین. از آن‌جایی که کهکشان M83 از دید ما به‌صورت رو‌به‌رو (face-on) دیده می‌شود، ALMA توانست با وضوح مکانی بالا و حساسیت بسیار زیاد، حرکت گاز مونوکسید کربن (CO) را در آن ثبت کند. اخترشناسان از CO به عنوان نماینده‌ای برای هیدروژن مولکولی (گاز اصلی تشکیل‌دهنده ستارگان) استفاده می‌کنند.

تیم ژاپنی در M83 چندین ابر گازی ستاره‌زا یافتند که سرعت آن‌ها با حرکت معمول دیسک کهکشان هم‌خوانی نداشت. این ابرهای پرسرعت (HVC) ممکن است همان راهی باشند که کهکشان‌ها از طریق آن گاز تازه برای ادامه ستاره‌سازی دریافت می‌کنند، حتی زمانی‌که انتظار داریم منابعشان به پایان رسیده باشد.

در مقاله آمده:

«ما ابرهای مولکولی را شناسایی کرده و آن‌هایی را که سرعتشان بیش از ۵۰ کیلومتر بر ثانیه با سرعت دیسک کهکشانی تفاوت داشت، به عنوان HVC در نظر گرفتیم. در مجموع، ۱۰ ابر پرسرعت شناسایی شد — ۹ ابر با انتقال به سرخ (redshifted) و ۱ ابر با انتقال به آبی (blueshifted) — که به‌وضوح نشان‌دهنده‌ی نامتقارنی در توزیع سرعت آن‌هاست.»

این ۱۰ ابر، تنها ۱ درصد از مجموع ابرهای مشاهده‌شده بودند. اندازه‌ی آن‌ها بین ۳۰ تا ۸۰ پارسک متغیر بود و جرمی در حدود ۱۰۰٬۰۰۰ برابر خورشید داشتند. همچنین، پراکندگی سرعت آن‌ها از ۳ تا ۲۰ کیلومتر بر ثانیه بود — یعنی بالاتر از محدوده‌ی معمولی در ابرهای داخل دیسک.

در کهکشان راه شیری نیز HVCهایی وجود دارد که سرعت آن‌ها از چرخش دیسک بیشتر است. منشأ آن‌ها ممکن است به فواره‌های کهکشانی، گرانش ماهواره‌های اطراف، یا خنک شدن گازهای هاله‌ای پرچگال مربوط باشد. اما از آن‌جایی که ما درون کهکشان خودمان هستیم، بررسی آن‌ها دشوار است. این در حالی‌ست که جهت‌گیری M83 به ما امکان مشاهده‌ی مستقیم‌تر و دقیق‌تری از چنین ابرهایی را می‌دهد.

ناگاتا در کنفرانس خبری گفت:

«ابرهای گازی، اجزای رایج کهکشان‌ها هستند. برخی از آن‌ها به عنوان HVC طبقه‌بندی می‌شوند و ما گمان می‌کردیم که شاید این ابرها بخشی از مواد تغذیه‌کننده‌ی کهکشان باشند. آن‌چه HVCها را خاص می‌کند، این است که سرعت و جهت آن‌ها با حرکت چرخشی کهکشان مطابقت ندارد.»

وی ادامه می‌دهد:

«این به‌تنهایی به معنای منشأ برون‌کهکشانی آن‌ها نیست، چرا که ممکن است در اثر پدیده‌هایی مانند انفجارهای ابرنواختری ایجاد شده باشند. اما ما فکر کردیم اگر تحلیل دقیقی انجام دهیم، می‌توانیم تشخیص دهیم که آیا حداقل برخی از آن‌ها واقعاً از بیرون کهکشان آمده‌اند یا خیر.»

در کهکشان‌هایی که هسته‌ی فعال (AGN) دارند، خروج گازهای پرانرژی و برخورد جت‌ها می‌تواند باعث ایجاد HVC شود. اما M83 فاقد AGN است. بنابراین پژوهشگران دو منشأ احتمالی را بررسی کردند:
۱. ابرنواخترها
۲. ورود گاز از بیرون دیسک کهکشان

تنها یکی از ۱۰ HVC را می‌شد با یک انفجار ابرنواختر مرتبط دانست. ۹ مورد باقی‌مانده را نه با ابرنواختر و نه با پدیده‌های محلی نمی‌شد توجیه کرد. همچنین، انرژی جنبشی آن‌ها نیز با آن‌چه از پرتابه‌های ابرنواختر انتظار می‌رود، تطابق نداشت — نشانۀ قوی‌تری بر منشأ برون‌کهکشانی این ابرها.

این یافته، تصویری روشن‌تر از این واقعیت به ما می‌دهد که جهان ما به‌هم پیوسته‌تر از آن است که فکر می‌کردیم. کهکشان‌ها صرفاً ساختارهایی مستقل نیستند، بلکه با فرآیندهای خارجی تعامل دارند و همین تعامل‌ها بر تحول آن‌ها تأثیر می‌گذارند.

ناگاتا در بیانیه‌ای گفت:

«کشف HVCهایی که در حال ورود به M83 هستند، نشان می‌دهد که کهکشان‌ها می‌توانند از محیط اطراف خود — از جمله کهکشان‌های کوچکتر یا فضای میان‌کهکشانی — گاز جذب کنند و رشد کنند. نکته‌ی شگفت‌انگیز در این مطالعه، این بود که این ابرها نه‌تنها متراکم، بلکه از نوع گاز مولکولی فشرده بودند — دقیقاً همان نوع گازی که ستارگان را شکل می‌دهد. این احتمال را مطرح می‌کند که این ماده‌ی ورودی ممکن است مستقیماً با ستاره‌زایی آینده مرتبط باشد.»

از آن‌جایی که M83 شباهت زیادی به راه شیری دارد، یافته‌های این مطالعه ممکن است درباره‌ی کهکشان خودمان نیز صدق کند.

ناگاتا در پایان گفت:

«گام بعدی ما، بررسی منشأ تشکیل این HVCهای مولکولی است و اینکه آیا آن‌ها پیش‌تر گاز اتمی بوده‌اند یا نه. همچنین رابطه‌ی آن‌ها با ساختارهای دیگر مانند هیدروژن خنثی اتمی را بررسی خواهیم کرد. در نهایت، می‌خواهیم دریابیم که آیا این ابرهای ورودی، می‌توانند در برخورد با دیسک کهکشان، فرآیندهای جدید ستاره‌زایی را آغاز کنند — و این پاسخ پرسشی خواهد بود که از ابتدا در پی آن بودیم.»