کوچکترین کهکشان‌های جهان، بیشترین ستاره‌ها را تولید می‌کنند

به گزارش گروه دانش و فناوری، برخی از بزرگ‌ترین و شدیدترین مناطق تشکیل ستاره در کوچک‌ترین کهکشان‌ها یافت می‌شوند و دانشمندان باور دارند دلیل این است که ستاره‌هایی که در کهکشان‌های کوتوله به پایان عمر خود می‌رسند، بیشتر به سیاه‌چاله تبدیل می‌شوند تا اینکه به ابرنواخترها تبدیل شوند. یک گروه پژوهشی می‌گویند این تقابل به اندازه‌ای بزرگ است که کهکشان‌های کوتوله ۱۰ میلیون سال تأخیر را در دمیدن همه مواد ستاره‌ساز خود تجربه می‌کنند. این فرآیند معمولا به نیروی ابرنواخترها بستگی دارد.

به عبارت دیگر، کهکشان‌های کوتوله می‌توانند برای مدت طولانی‌تری به گنجینه گران‌بهای گاز مولکولی ستاره‌ساز خود متصل شوند و به مناطق ستاره‌ساز امکان دهند تا اندازه و شدت بیشتری داشته باشند و ستاره‌های بیشتری را تولید کنند.

نمونه‌هایی از چنین مناطق بزرگ ستاره‌زایی در کهکشان‌های کوتوله محلی شامل «سحابی رتیل»(Tarantula Nebula) در ابر ماژلانی بزرگ، واقع در فاصله ۱۶۰ هزار سال نوری از زمین و «مارکاریان ۷۱»(Markarian ۷۱) در کهکشان «ان‌جی‌سی ۲۳۶۶»(NGC ۲۳۶۶)، واقع در حدود ۱۰ میلیون سال نوری زمین هستند.

کهکشان ان‌جی‌سی ۲۳۶۶

مناطق ستاره‌ساز می‌توانند ستاره‌هایی با جرم‌های گوناگون تولید کنند. آنها عمدتا ستاره‌های کوچک‌تری را تولید می‌کنند اما تعداد انگشت‌شماری از ستاره‌های کلان‌جرم را نیز به وجود می‌آورند. وقتی این ستاره‌های کلان‌جرم پس از چند میلیون سال به پایان عمر خود می‌رسند، هسته آنها فرو می‌ریزد و یک ستاره نوترونی یا یک سیاه‌چاله‌ای با جرم ستاره‌ای را تشکیل می‌دهد. در سناریوی پیشین، لایه‌های بیرونی ستاره از ستاره نوترونی بازمی‌گردند و به صورت ابرنواختر ظاهر می‌شوند اما در مورد دوم، تقریبا یک ستاره کامل به سیاه‌چاله پدیدآمده می‌افتد.

«میشل جمن»(Michelle Jecmen) دانشجوی مقطع کارشناسی «دانشگاه میشیگان» و پژوهشگر ارشد این پروژه گفت: وقتی ستاره‌ها به ابرنواختر تبدیل می‌شوند، محیط خود را با تولید و انتشار فلزات آلوده می‌کنند.

هنگامی که داستان جهان آغاز شد، «انفجار بزرگ» فقط عناصر هیدروژن و هلیوم را -همراه با مقدار کمی لیتیوم- تولید کرد. همه عناصر دیگر بعدا آمدند یا در دل ستاره‌ها و در کوره‌های انفجار آنها شکل گرفتند. ستاره‌شناسان همه آن عناصر بعدی را فلز می‌نامند. این فلزات اکنون در محیط میان‌ستاره‌ای پراکنده شده‌اند و راه خود را در نواحی ستاره‌زایی جدید پیدا کرده‌اند و در نسل بعدی ستاره‌ها گنجانده شده‌اند. اگرچه جزئیات هنوز مشخص نیست اما وجود فلزات خاص در یک ستاره می‌تواند به طرز ماهرانه‌ای نحوه تکامل آن ستاره را تغییر دهد. برای مثال، دانشمندان بر این باورند که ستاره‌های دارای فلزات زیاد، توانایی بیشتری را برای تولید یک ستاره نوترونی و یک ابرنواختر قوی دارند.

مهم‌تر از همه این است که انفجار چندین ابرنواختر، نوعی باد را ایجاد می‌کند و این باد می‌تواند همه گاز مولکولی باقی‌مانده را که برای ستاره‌های در حال تشکیل شدن لازم است، منتشر کند.

کهکشان‌های بزرگ‌تر و تکامل‌یافته‌تر مانند کهکشان راه شیری ما، طی دورانی که در آن نسل‌های بی‌شماری از ستاره‌های سرگردان حضور داشته‌اند، فلزات بیشتری را تولید کرده‌اند. با وجود این، کهکشان‌های کوتوله کوچک‌تر از لحاظ تاریخی شکل‌گیری ستاره‌های کمتری را نشان داده‌اند و به همین دلیل، ترکیبات ابتدایی‌تر و فلزات کمتری دارند اما هنگامی که یک منطقه ستاره‌زایی در یک کهکشان کوتوله شروع به کار کند، به نظر می‌رسد کمتر فلزی بودن ستاره‌های آن به این معناست که احتمال تولید سیاه‌چاله‌ها بیشتر از انفجارهای ابرنواختری قوی است. بنابراین، احتمالا زمان بیشتری طول می‌کشد تا منطقه با فلزات غنی شود و تولید ستاره‌هایی را آغاز کند که با بادهای قوی، همه گازها را بیرون می‌کنند.

جکمن گفت: استدلال ما این است که در شرایط کمتر فلزی بودن، یک تاخیر ۱۰ میلیون ساله در آغاز وزش بادهای قوی وجود دارد و این به نوبه خود به تشکیل شدن ستاره‌های بیشتر منجر می‌شود.

«سالی اوی»(Sally Oey) ستاره‌شناس دانشگاه میشیگان و ناظر پروژه جکمن گفت: یافته میشل، توضیح بسیار خوبی را ارائه می‌دهد. این کهکشان‌ها در توقف شکل‌گیری ستاره مشکل دارند زیرا گاز خود را دفع نکرده‌اند.

اوی، مشاهداتی را با «تلسکوپ فضایی هابل» انجام داده است که شواهد تاییدکننده‌ای را برای مدل جکمن نشان می‌دهند. گروه اوی در پژوهشی که روز ۲۱ نوامبر در «Astrophysical Journal Letters» به چاپ رسید، مارکاریان ۷۱ را مورد بررسی قرار دادند. اوی به طور ویژه به دنبال «کربن سه بار یونیزه‌شده» بود. وقتی اتم‌ها با فوتون‌های پرانرژی برخورد می‌کنند، یونیزه می‌شوند. آنها می‌توانند الکترون را از بین ببرند و اتم‌ها را با یک بار مثبت خالص باقی بگذارند. سه بار یونیزه‌شده به این معناست که یک اتم، سه الکترون را از دست داده است.

مشاهدات هابل، فراوانی کربن سه بار یونیزه‌شده را در نزدیکی مرکز مارکاریان ۷۱ یافت. این نوع کربن زمانی تشکیل می‌شود که گاز در حال خنک شدن است و جریان‌های تابشی که انرژی را از گاز بیرون می‌برند، با گاز گرم‌تر تعامل داشته باشند اما اگر یک باد فوق‌العاده داغ بوزد، این جریان‌های خنک‌کننده نباید وجود داشته باشند و این بادها در مارکاریان ۷۱ وجود ندارند.

این یافته‌ها، بینش‌هایی را نیز درباره شرایط ستاره‌زایی در اولین کهکشان‌های جهان اولیه ارائه می‌کنند؛ قلمروهایی که تنها چند صد میلیون سال پس از انفجار بزرگ وجود داشته‌اند. کهکشان‌های این دوره که از آن به عنوان «سپیده‌دم کیهانی» یاد می‌شود نیز کوچک اما شدیدا ستاره‌زا و کمتر فلزی بودند. هنگام مشاهده آنها اغلب شواهدی از تجمع ابرهای گازی و نور فرابنفش دیده می‌شود که از شکاف بین توده‌ها می‌تابد. ستاره‌شناسان این پدیده را مانند نوری توصیف می‌کنند که هنگام غروب خورشید از میان شکاف‌های حصار باغ می‌تابد.

تاخیر ۱۰ میلیون ساله در ظهور بادهای ابرنواختری توضیح می‌دهد که چرا گاز در کهکشان‌های اولیه، زمان تشکیل دادن چنین توده‌های بزرگی را داشته است. جکمن گفت: نگاه کردن به کهکشان‌های کوتوله با فلز کم و تابش فرابنفش زیاد، تا حدودی مشابه نگاه کردن به سپیده‌دم کیهانی است.

خوب است در نظر بگیریم که برای یادگیری در مورد اولین کهکشان‌ها، ما همیشه به یک تلسکوپ فضایی ۱۰ میلیارد دلاری نیاز نداریم، بلکه می‌توانیم فقط به برخی از همسایگان کوچک خود نگاه کنیم.

این پژوهش در «The Astrophysical Journal» به چاپ رسید.

انتهای پیام