حل یک معمای نجومی با پرتوهای گامای بیرون آمده از دل یک کهکشان کوتوله

یک حباب درخشان که به "پیله" معروف است، از زمان کشف در سال ۲۰۱۲ تاکنون، اخترشناسان را متحیر کرده است.

کد خبر: ۵۱۸۹۸۹

تاریخ: ۱۲ مهر ۱۴۰۱ - ۱۱:۱۰

به گزارش ایران اکونومیست و به نقل از اسپیس، یک حباب درخشان به نام پیله(cocoon) که به نظر می‌رسد درون یکی از پرتوهای گامای عظیم مرکز کهکشان راه شیری به نام "حباب‌های فِرمی" قرار دارد، از زمانی که در سال ۲۰۱۲ کشف شده، ستاره‌شناسان را متحیر کرده است.

در تحقیقات جدید منتشر شده در مجله "نیچر استرونومی"(Nature Astronomy) نشان داده شده است که این پیله توسط پرتوهای گامای ساطع شده از ستاره‌های سریع‌چرخش به نام "تپ‌اخترهای میلی‌ثانیه" واقع در کهکشان کوتوله کمان که به دور کهکشان راه شیری می‌چرخد، ایجاد می‌شود.

محققان می‌گویند در حالی که نتایج ما رمز و راز پیله را روشن می‌کند، تلاش‌ها برای جستجوی ماده تاریک در هر درخشش پرتو گامایی که ممکن است از آن ساطع شود را نیز تحت تأثیر قرار می‌دهد.

خوشبختانه جو زمین برای پشتیبانی از حیات روی این کره، از ورود اشعه گاما جلوگیری می‌کند. اشعه گاما حاوی ذرات نور با انرژی بیش از یک میلیون برابر بیشتر از فوتون‌هایی هستند که ما با چشم خود تشخیص می‌دهیم.

از آنجایی که دید ما از آسمان از سطح زمین مبهم است، دانشمندان هیچ تصوری از غنای پرتوی گاما در آسمان نداشتند تا زمانی که ابزارهای تخصصی به فضا فرستاده شدند. با شروع اکتشافات بی‌نظیر ماهواره‌های Vela که در دهه ۱۹۶۰ برای نظارت بر ممنوعیت آزمایش هسته‌ای در مدار زمین قرار گرفتند، این غنا بیشتر و بیشتر آشکار شده است.

پیشرفته‌ترین ابزار پرتو گاما که امروزه کار می‌کند، "تلسکوپ فضایی پرتوی گامای فِرمی" است که یک ماموریت بزرگ ناسا در مدار زمین به مدت بیش از یک دهه است. توانایی فِرمی در حل جزئیات دقیق و شناسایی منابع ضعیف، شگفتی‌های زیادی را در مورد کهکشان راه شیری و کیهان آشکار کرده است.

یکی از این شگفتی‌ها در سال ۲۰۱۰ بلافاصله پس از پرتاب فرمی ظاهر شد. چیزی در مرکز کهکشان راه شیری در حال دمیدن چیزی است که شبیه یک جفت حباب غول‌پیکر پرتو گاما است. این حباب‌های فِرمی کاملاً غیرمنتظره بودند و ۱۰ درصد از آسمان را پوشش داده بودند.

مظنون اصلی درباره منشاء این حباب‌ها، ابرسیاه‌چاله کهکشان راه شیری است. این غول بزرگ که چهار میلیون برابر جرم خورشید است، در هسته کهکشانی، یعنی منطقه‌ای که حباب‌ها از آن سرچشمه می‌گیرند، کمین کرده است.

اکثر کهکشان‌ها در مرکز خود میزبان چنین سیاه‌چاله‌های غول پیکری هستند. در برخی، این سیاه‌چاله‌ها به طور فعال، ماده را می‌بلعند. بنابراین با تغذیه شدن، به طور همزمان فواره‌های غول‌پیکری را که در سراسر طیف الکترومغناطیسی قابل مشاهده است به بیرون پرتاب می‌کنند.

محققان پس از کشف این حباب‌ها سؤالی از خود پرسیدند. اینکه آیا می‌توانیم چیزی پیدا کنیم که آن‌ها را به سیاه‌چاله‌ی عظیم کهکشان راه شیری مرتبط کند؟ خیلی زود، شواهد ظاهر شدند. در داخل هر حباب، یک فواره نازک پرتو گاما وجود داشت که به سمت مرکز کهکشان حرکت می‌کرد.

با گذشت زمان و کسب اطلاعات بیشتر، این تصویر تیره و تار شد. در حالی که وجود آن فواره در یکی از حباب‌ها تایید شد، به نظر می‌رسید در دیگری وجود ندارد.

این حباب‌ها به طرز عجیبی نامتقارن به نظر می‌رسیدند. پیله حاوی یک نقطه روشن طولانی بود که در همتایش وجود نداشت.

محققان می‌گویند، مطالعه اخیر ما بررسی عمیق ماهیت "پیله" است. قابل توجه است که متوجه شدیم این ساختار هیچ ارتباطی با حباب‌های فِرمی یا در واقع ابرسیاه‌چاله کهکشان ما ندارد. در عوض، متوجه شدیم که پیله در واقع کاملا چیز دیگری است و پرتوهای گاما از کهکشان کوتوله کمان است که اتفاقاً از موقعیت زمین در پشت حباب جنوبی قرار دارد.

کهکشان کوتوله کمان که به این دلیل که موقعیت آسمانی آن در صورت فلکی کمان است، "کمان" نامیده می‌شود، یک "کهکشان ماهواره‌ای" است که به دور کهکشان راه شیری می‌چرخد. کهکشان کوتوله کمان بقایای یک کهکشان بسیار بزرگ‌تر است که میدان گرانشی قوی راه شیری به معنای واقعی کلمه آن را از هم پاشیده است. در واقع، ستارگانی که از کوتوله کمان بیرون کشیده شده‌اند را می‌توان در دُم‌هایی یافت که در سراسر آسمان سرگردان هستند.

اما چه چیزی اشعه گاما را می‌سازد؟ در کهکشان راه شیری، منبع اصلی پرتوهای گاما زمانی به وجود می‌آید که ذرات پرانرژی به نام پرتوهای کیهانی با گاز بسیار ضعیف بین ستاره‌ها برخورد می‌کنند. با این حال، این فرآیند نمی‌تواند پرتوهای گامای ساطع شده از کوتوله کمان را توضیح دهد، چرا که این کهکشان مدت‌ها پیش گاز خود را در اثر همان از هم پاشیدگی گرانشی که بسیاری از ستاره‌هایش را از بین برد، از دست داده است.

پس پرتوهای گاما از کجا می‌آیند؟ محققان می‌گویند، ما چندین احتمال را در نظر گرفتیم، از جمله این چشم انداز هیجان انگیز که آنها نشانه‌ای از ماده تاریک هستند. ماده تاریک ماده‌ای نامرئی است که تنها با تأثیرات گرانشی خود شناخته می‌شود و اخترشناسان معتقدند بخش بزرگی از جهان را تشکیل می‌دهد.

متأسفانه شکل پیله با ستارگان مرئی مطابقت دارد که وجود ماده تاریک را به عنوان منشاء رد می‌کند.

به هر طریق، ستارگان مسئول پرتوهای گاما هستند و ستاره‌های کوتوله کمان نیز پیر و ساکت هستند. پس چه نوع منبعی در میان چنین جمعیتی پرتوهای گاما را تولید می‌کند؟

تپ‌اخترهای میلی‌ثانیه‌ای

محققان می‌گویند: ما متقاعد شده‌ایم که تنها یک امکان وجود دارد؛ اجرامی که به سرعت در حال چرخش هستند به نام "تپ‌اخترهای میلی‌ثانیه‌ای". اینها بقایای ستارگان خاصی هستند که به طور قابل توجهی پرجرم‌تر از خورشید هستند و در نزدیکی ستاره دیگری به دور آن می‌چرخند.

در شرایط مناسب، این سیستم‌های دوتایی، یک ستاره نوترونی تولید می‌کنند که چیزی به جرم خورشید اما با تنها حدود ۲۰ کیلومتر عرض است که صدها بار در هر ثانیه به دور خود می‌چرخد.

این ستارگان نوترونی به دلیل چرخش سریع و میدان مغناطیسی قوی خود به عنوان شتاب دهنده ذرات طبیعی عمل می‌کنند. آنها ذرات را با انرژی بسیار بالا به فضا پرتاب می‌کنند. سپس این ذرات، پرتوهای گاما ساطع می‌کنند.

محققان می‌گویند، ما دریافتیم که تپ‌اخترهای میلی‌ثانیه‌ای در کوتوله کمان منبع نهایی پیله اسرارآمیز هستند.

شکار ماده تاریک

محققان می‌گویند، یافته‌های ما نور جدیدی را به تپ‌اخترهای میلی‌ثانیه‌ای به‌عنوان منابع پرتوهای گاما در دیگر منظومه‌های ستاره‌ای قدیمی می‌اندازد.

در عین حال، آنها تلاش‌ها برای یافتن شواهدی برای ماده تاریک از طریق مشاهدات دیگر کهکشان‌های ماهواره‌ای کهکشان راه شیری را به چالش کشیدند و نشان دادند که پس‌زمینه قوی‌تری از پرتوهای گاما از تپ‌اخترهای میلی‌ثانیه‌ای در این سیستم‌ها نسبت به آنچه قبلاً تصور می‌شد، وجود دارد. بنابراین، هر سیگنالی که آنها تولید می‌کنند ممکن است به طور واضح به دلیل وجود ماده تاریک تفسیر نشود و هنوز شکار سیگنال‌های ماده تاریک ادامه دارد.