اکتشاف محققان ایرانی درباره فرایندهای ستاره‌زایی در کهکشان‌های اولیه

به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از پژوهشگاه دانش های بنیادی، گروهی از منجمان به سرپرستی پژوهشگاه دانش‌های بنیادی (IPM) و با حضور دانشمندانی از مؤسسهٔ بین‌دانشگاهی نجوم داده‌محور (Inter-university Institute for Data Intensive Astronomy) و دانشگاه آکسفورد نمونه‌ای از کهکشان‌های دوردست را مطالعه کرده‌اند که تابش رادیوییِ آن‌ها با تلسکوپ رادیویی میرکت (MeerKAT) رصد شده است. میرکت پیش‌نمونه‌ای برای بزرگ‌ترین رصدخانهٔ رادیویی جهان، یعنی آرایهٔ کیلومتر مربعی (SKA)، است. این مطالعه برای نخستین بار امکان بررسی تطبیقی طیف رادیویی، شدت میدان مغناطیسی و آهنگ ستاره‌زایی کهکشان‌ها را در زمانی فراهم کرده که عالم ۹ تا ۱۲ میلیارد سال جوان‌تر بوده است.

یکی از اساسی‌ترین پرسش‌ها این است که کهکشان‌ها چگونه در عالم شکل گرفتند و تحول یافتند. برای پاسخ به این پرسش، دانشمندان باید از کهکشان‌هایی که میلیاردها سال نوری با ما فاصله دارند اطلاعات دریافت کنند. تقریباً تمام دانسته‌های ما دربارهٔ کهکشان‌ها از تابش‌ آن‌ها از پرتوهای رادیویی تا گاما به‌دست می‌آید. رصدها در نور مرئی نشان می‌دهد که پس از دوره‌ای موسوم به ظهر کیهانی (۱۰ تا ۱۱ میلیارد سال پیش)، آهنگ ستاره‌زایی در کهکشان‌ها به‌تدریج کاهش می‌یابد. با این‌ حال اگر تنها به تابش‌های نوری تکیه کنیم درک ما از آهنگ ستاره‌زایی سوگیری خواهد داشت. از آن‌جا که تابش رادیویی طول‌موج بیشتری دارد و تحت تأثیر غبار میان‌ستاره‌ای قرار نمی‌گیرد، دقیق‌ترین اطلاعات را از عالم دوردست فراهم می‌کند.

استاد راس تیلور، محقق اصلی طرح MeerKAT International GHz Tiered Extragalactic Exploration (MIGHTEE)، می‌گوید: همین موضوع ما را تشویق کرد تا چند ناحیه از آسمان را با تلسکوپ رادیویی MeerKAT در آفریقای جنوبی به‌طور عمیق رصد کنیم. این تلسکوپ که در ۹۰ کیلومتری شهر کوچک کارناوون در استان کیپ شمالی قرار دارد، یکی از پیش‌نمونه‌های رصدخانه‌ی SKA ‌است.

استاد فاطمه طباطبایی از پژوهشگاه دانش‌های بنیادی که سرپرستی این پژوهش را بر عهده داشته می‌گوید: پیش‌تر، رصدهای رادیویی ما در طول‌موج‌های مختلف از کهکشان‌های نزدیک نشان داد تابش‌های رادیویی از ۱ تا ۱۰ گیگاهرتز ابزاری قدرتمند برای اندازه‌گیری آهنگ ستاره‌زایی است. اکنون، نقشه‌برداری MIGHTEE در ترکیب با سایر نقشه‌برداری‌های رادیویی این امکان را فراهم کرده که مطالعه‌های خود را به ۱۶۰ کهکشان اولیه در دورهٔ ظهر کیهانی و فراتر از آن گسترش دهیم. دکتر مریم خادمی، پژوهشگر پژوهشگاه دانش‌های بنیادی می‌گوید: تحلیل‌های دقیق ما نشان می‌دهد که طیف رادیویی این کهکشان‌ها با آهنگ ستاره‌زایی تغییر می‌کند و این می‌تواند پیامدهای مهمی برای درک ما از کهکشان‌های اولیه‌ی ستاره‌زا داشته باشد.

تابش رادیویی در بازهٔ ۱ تا ۱۰ گیگاهرتز عمدتاً ناشی از تابش سینکروترون است، این تابش را الکترون‌های پرانرژی (پرتوهای کیهانی) گسیل می‌کنند که در میدان‌های مغناطیسی میان‌ستاره‌ای حرکت مارپیچی دارند. پرتوهای کیهانی هنگام تابش سینکروترون در میدان مغناطیسی قوی‌تر انرژی بیشتری از دست می‌دهند. اما طیف مشاهده‌شدهٔ کهکشان‌های اولیه نشان می‌دهد که این پرتوهای کیهانی در کهکشان‌هایی که آهنگ ستاره‌زایی بیشتر و میدان مغناطیسی قوی‌تری دارند انرژی بیشتری به‌دست آورده‌اند. این معما تنها زمانی قابل حل است که پرتوهای کیهانی در سازوکاری به نام آینه‌های مغناطیسی انرژی بگیرند و/یا از میدان مغناطیسی جدا شده و همراه با بادها و جریان‌های خروجی از محیط خارج شوند.

استاد طباطبایی می‌گوید: این وضعیت در صورتی می‌تواند رخ دهد که میدان‌های مغناطیسی در این سامانه‌ها بسیار درهم‌تنیده و متلاطم باشند. میدان مغناطیسی متلاطم باعث می‌شود پرتوهای کیهانی تا سطوح انرژی بالاتری شتاب بگیرند. سپس این ذرات، پراکنده و از میدان مغناطیسی واجفتیده می‌شوند. بنابراین، انتظار می‌رود کهکشان‌ها در زمان ظهر کیهانی در هاله‌هایی از پرتوهای کیهانی پرانرژی احاطه شده باشند. این الگو همچنین مازاد تابش رادیویی نسبت به تابش فروسرخ را که در این نمونه رصد شده است توضیح می‌دهد.

نتایج این پژوهش در مجله Astrophysical Journal منتشرشده است (DOI:۱۰.۳۸۴۷/۱۵۳۸-۴۳۵۷/ade۲۳۳) و از طریق لینک زیر قابل دسترسی است:
https://iopscience.iop.org/article/۱۰.۳۸۴۷/۱۵۳۸-۴۳۵۷/ade۲۳۳