ساختار کهکشان‌های رادیویی X شکل ممکن است ساده‌تر از حد تصور باشد

بررسی جدید پژوهشگران "دانشگاه نورث‌وسترن" نشان می‌دهد که کهکشان‌های رادیویی X شکل ممکن است ساختاری ساده‌تر از حد تصور داشته باشند.

کد خبر: ۵۰۳۴۴۲

تاریخ: ۰۸ شهريور ۱۴۰۱ - ۱۶:۵۹

به گزارش ایران اکونومیست و به نقل از وب‌سایت رسمی "دانشگاه نورث‌وسترن"(Northwestern University)، وقتی ستاره‌شناسان از تلسکوپ‌های رادیویی برای خیره شدن به آسمان شب استفاده می‌کنند، معمولا کهکشان‌هایی بیضی شکلی را می‌بینند که فواره‌های دوقلو از دو طرف سیاهچاله مرکزی آنها خارج می‌شوند اما هر چند وقت یک‌بار و کمتر از ۱۰ درصد مواقع، ستاره‌شناسان ممکن است تصویری ویژه و نادر را ببینند. این تصویر ویژه، تصویر یک کهکشان رادیویی X شکل با چهار فواره است که تا دوردست‌ها در فضا امتداد دارد.

اگرچه این کهکشان‌های رادیویی اسرارآمیز X شکل، اخترفیزیکدانان را برای دو دهه سردرگم کرده‌اند اما پژوهش جدیدی که در دانشگاه نورث‌وسترن انجام شده است، دید جدیدی را در مورد چگونگی شکل‌گیری این کهکشان‌ها ارائه می‌دهد و به طرز شگفت‌آوری ساده است. همچنین، این پژوهش نشان می‌دهد که کهکشان‌های رادیویی X شکل ممکن است بیش از آن چه قبلا تصور می‌شد، رایج باشند.

این پژوهش، نخستین شبیه‌سازی برافزایش کهکشان در مقیاس بزرگ است که گاز کهکشانی را دور از سیاه‌چاله کلان‌جرم دنبال می‌کند.

شرایط ساده، نتایج پیچیده‌

اخترفیزیکدانان دانشگاه نورث‌وسترن با استفاده از شبیه‌سازی‌های جدید، شرایط ساده‌ای را برای مدل‌سازی یک سیاه‌چاله کلان‌جرم و تشکیل فواره‌ها و قرص برافزایشی آن پیاده‌سازی کردند. هنگامی که پژوهشگران شبیه‌سازی را اجرا کردند، شرایط ساده به طور غیرمنتظره‌ای به شکل‌گیری یک کهکشان رادیویی X شکل منجر شد.

پژوهشگران با کمال تعجب دریافتند که شکل X مانند کهکشان، از تعامل بین فواره‌ها و گازی که به درون سیاهچاله می‌رود، ناشی می‌شود. در اوایل شبیه‌سازی نشان داده شد که گاز در حال فرود آمدن، فواره‌های تازه تشکیل‌شده را منحرف می‌کند که روشن و خاموش می‌شوند، جفت‌های حفره‌ای را به ‌طور نامنظمی در جهات مختلف می‌چرخانند و متورم می‌کنند تا شبیه یک X شوند. فواره‌ها در نهایت، به اندازه‌ای قوی شدند که بتوانند گاز را هل دهند. در این مرحله، فواره‌ها تثبیت شدند، از تکان خوردن بازایستادند و در امتداد یک محور انتشار یافتند.

"آرتایوس لالاکوس"(Aretaios Lalakos)، سرپرست این پژوهش گفت: ما متوجه شدیم که حتی با شرایط ساده اولیه ممکن است نتیجه پیچیده‌ای به دست آورد. توضیح رایج در مورد کهکشان‌های رادیویی X شکل این است که دو کهکشان با هم برخورد می‌کنند و این امر باعث ادغام سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم آنها می‌شود که چرخش سیاه‌چاله باقی‌مانده و جهت فواره را تغییر می‌دهد. ایده دیگر این است که شکل فواره از طریق تعامل با گاز تغییر می‌کند. اکنون، ما برای نخستین بار نشان داده‌ایم که کهکشان‌های رادیویی X شکل در واقع می‌توانند با روشی بسیار ساده‌تر تشکیل شوند.

شکل‌گیری تصادفی

اگرچه کهکشان‌های رادیویی، نور مرئی ساطع می‌کنند اما مناطق گسترده‌ای از گسیل رادیویی را نیز در بر می‌گیرند. شاید معروف‌ترین کهکشان رادیویی، "مسیه ۸۷"(M87) باشد. مسیه ۸۷، یکی از پرجرم‌ترین کهکشان‌های جهان به شمار می‌رود که در سال ۲۰۱۹ و زمانی که "تلسکوپ افق رویداد"(EHT) از سیاه‌چاله مرکزی آن تصویربرداری کرد، شهرت بیشتری یافت. این کهکشان‌ها، کمتر از ۱۰ درصد کهکشان‌های رادیویی را تشکیل می‌دهند.

زمانی که لالاکوس تصمیم گرفت یک سیاه‌چاله را مدل‌سازی کند، انتظار نداشت که به شبیه‌سازی یک کهکشان X شکل بپردازد. در عوض، هدف او اندازه‌گیری میزان جرم خورده‌شده توسط یک سیاه‌چاله بود. او شرایط ساده نجومی را در شبیه‌سازی وارد کرد و اجازه داد تا اجرا شوند. لالاکوس در ابتدا اهمیت شکل X در حال ظهور را تشخیص نداد اما "ساشا چخوفسکوی"(Sasha Tchekhovskoy)، دانشیار فیزیک و نجوم دانشگاه نورث‌وسترن با شور و شوق واکنش نشان داد. چخوفسکوی گفت: رفیق! این خیلی مهم است. این یک شکل X است.

لالاکوس ادامه داد: چخوفسکوی به من گفت که ستاره‌شناسان این کهکشان‌ها را در زندگی واقعی مشاهده کرده‌اند و نمی‌دانند که آنها چگونه شکل گرفته‌اند. ما شبیه‌سازی را به گونه‌ای ایجاد کردیم که قبلا هیچ کس حتی آن را حدس نزده بود.

اخترفیزیک‌دانان دیگر در شبیه‌سازی‌های پیشین تلاش کرده‌اند تا ساختارهای X شکل را به ‌طور مصنوعی ایجاد کنند تا چگونگی پیدایش آنها را مورد بررسی قرار دهند.

لالاکوس گفت: من در شبیه‌سازی خود سعی کردم تا چیزی را فرض نکنم. پژوهشگران معمولا یک سیاه‌چاله را در وسط شبکه شبیه‌سازی قرار می‌دهند و یک قرص گازی بزرگ و از پیش تشکیل‌شده را در اطراف آن می‌گذارند. سپس، ممکن است گاز محیط را در بیرون از قرص اضافه کنند. در این پژوهش، شبیه‌سازی بدون حضور قرص آغاز می‌شود اما به زودی با نزدیک‌تر شدن گاز دوار به سیاه‌چاله، قرص شکل می‌گیرد. سپس این قرص، سیاه‌چاله را تغذیه می‌کند و فواره‌هایی را به وجود می‌آورد. من ساده‌ترین فرض‌های ممکن را مطرح کردم و نتیجه، شگفت‌انگیز بود. این نخستین باری است که کسی در شبیه‌سازی‌های شرایط اولیه بسیار ساده، ساختار X شکل را می‌بیند.

برای دیدن کهکشان‌های رادیویی X شکل باید خوش‌شانس باشید

از آنجا که شکل X فقط در اوایل شبیه‌سازی پدیدار شد، لالاکوس باور دارد که کهکشان‌های رادیویی X شکل ممکن است بیشتر از آن چه قبلا تصور می‌شد، در کیهان ظاهر شوند اما برای مدت بسیار کوتاهی دوام می‌آورند.

وی افزود: آنها ممکن است هر بار که سیاه‌چاله، گاز جدیدی را دریافت می‌کند و دوباره خوردن آن را آغاز می‌کند، ایجاد شوند. بنابراین، ممکن است آنها به طور مکرر ایجاد شوند اما شاید ما آن قدر خوش‌شانس نباشیم که آنها را ببینیم زیرا فقط تا زمانی اتفاق می‌افتند که قدرت فواره برای هل دادن گاز خیلی ضعیف باشد.

لالاکوس در مرحله بعد قصد دارد به اجرای شبیه‌سازی‌ها ادامه دهد تا درک بهتری از چگونگی پیدایش این کهکشان‌های X شکل‌ داشته باشد. او مشتاقانه منتظر آزمایش اندازه قرص‌های برافزایشی و چرخش سیاه‌چاله‌های مرکزی است. شبیه‌سازی‌های دیگر لالاکوس، قرص‌های برافزایشی را شامل می‌شد که تقریبا به میزان بسیار زیاد وجود نداشتند و هیچ‌کدام منجر به ایجاد شکل X نشدند.

لالاکوس گفت: برای بیشتر جهان، بزرگنمایی درست و دیدن آن چه در نزدیکی یک سیاه‌چاله رخ می‌دهد، غیرممکن است. حتی چیزهایی که می‌توانیم مشاهده کنیم، در زمان محدودی قرار دارند. اگر سیاه‌چاله کلان‌جرم قبلا تشکیل شده باشد، نمی‌توانیم تکامل آن را مشاهده کنیم زیرا عمر انسان بسیار کوتاه است. به همین دلیل، برای درک آن چه در نزدیکی سیاه‌چاله رخ می‌دهد، در بیشتر موارد به شبیه‌سازی‌ها تکیه می‌کنیم.

این پژوهش، در مجله "Astrophysical Journal Letters" به چاپ رسید.