کهکشان رازگشا شد؛ معمای پیچیده کیهانی حل شد

 «خوشه برساووش» یکی از عظیم‌ترین ساختارهای جهانِ شناخته شده است. این خوشه که نام صورت فلکی میزبان خود را دارد، گروه وسیعی از هزاران کهکشان است که در ۱۱/۶ میلیون سال نوری پراکنده شده‌اند.

 

این خوشه با فاصله ۲۵۰ میلیون سال نوری از زمین قرار دارد که نسبتاً نزدیک است. با این وجود به دلیل انبساط جهان با سرعت ۵۳۶۶ کیلومتر در ثانیه در حال دور شدن است.

 

 

 

 

 

ستاره‌شناسان خوشه‌های کهکشانی آرام و پایدار را «خاموش»(relaxed) می‌نامند. این یعنی آنها به تازگی با خوشه‌های دیگر برخورد نکرده‌اند. سال‌ها، «خوشه برساووش» به عنوان نمونه‌ای از یک خوشه «خاموش» عمل می‌کرد.

 

جریان‌های ثابت گاز داغ بین کهکشان‌های تشکیل‌دهنده این خوشه‌ها حرکت می‌کنند و باحرکت گاز به سمت مرکز خوشه، گرما را از دست می‌دهند. همچنین تابش ضعیفی از امواج رادیویی موسوم به «هاله کوچک»( mini halo) رادیویی، کهکشان مرکزی را احاطه کرده است. هر دوی این نشانه‌ها، نشانه یک محیط کیهانی پایدار هستند.

 

با این حال، ستاره‌شناسان متوجه شدند که به جای کروی بودن این خوشه مانند یک خوشه دست نخورده، این خوشه در جهت شرق به غرب نامتقارن است که باعث شک ستاره‌شناسان شد.

 

سپس در سال ۲۰۱۲، ستاره‌شناسان مناطق «جبهه‌های سرد»(cold fronts) را در خوشه‌ها مشاهده کردند. این مناطق عظیم به طول سال نوری احتمالاً هنگام برخورد خوشه‌های کهکشانی تشکیل می‌شوند. این جبهه‌ها، مرزی را نشان می‌دهند که در آن گاز داغ از یک خوشه به گازی سرد و متراکم‌ از خوشه دیگر برخورد می‌کند.

 

این یک سرنخ قوی بود که نشان می‌داد «خوشه برساووش» دچار یک برخورد بزرگ کیهانی شده است، اما اگر این درست بود، یک سوال باقی می‌ماند که خوشه دیگری که باعث آن شده کجا بود؟

 

 

ستاره‌شناسان مستقر در ایالات متحده و کره جنوبی در تحقیقات جدید خود فکر می‌کنند که مستنداتی را در ارتباط با یک برخورد کیهانی مخفی پیدا کرده‌اند.

 

محققان توضیح می‌دهند که چگونه از تکنیکی به نام «همگرایی ضعیف گرانشی» برای شناسایی بقایای خوشه‌ای که مدت‌ها پیش با «خوشه کهکشانی برساووش» برخورد کرده بود، استفاده کردند.

 

«آلبرت اینشتین» بیش از ۱۰۰ سال پیش پدیده «همگرایی گرانشی» را پیش‌بینی کرد که در آن اشیاء عظیم مانند کهکشان‌ها، فضا و زمان، پرتوهای نور را خم می‌کنند و منابع دور را بزرگنمایی می‌کنند. میزان انحراف نور یک جسم به ستاره‌شناسان در مورد تعیین جرم آن کمک می‌کند و آنها از آن زمان نمونه‌های باورنکردنی بسیاری از «همگرایی گرانشی» را کشف کرده‌اند.

 

در تکنیک «همگرایی ضعیف گرانشی»، تصویر کهکشان‌های پس‌زمینه هنگام عبور از خوشه در مسیر خود به سمت ما، تنها کمی دچار خمیدگی می‌شود. ستاره‌شناسان در این مطالعه جدید با استفاده از «تلسکوپ سوبارو»(Subaru Telescope) در هاوایی، خمیدگی نور کهکشان‌های بسیار دور در پشت «خوشه برساووش» را بررسی کردند.

 

«هیونگ‌هان کیم»(HyeongHan Kim) دانشجوی کارشناسی ارشد «دانشگاه یونسی»(Yonsei) در کره جنوبی و نویسنده ارشد این مقاله گفت: از آنجایی که ما شکل درونی هر کهکشان را نمی‌دانیم، نمی‌توانیم میزان خمیدگی و انحراف تصویر کهکشان‌های پس‌زمینه را تخمین بزنیم.

 

با این حال، با مشاهده تعداد زیادی کهکشان پس‌زمینه، این تیم میانگین خمیدگی را محاسبه کرد و از یک شبیه‌سازی رایانه‌ای برای تعیین میزان جرم در خوشه پس‌زمینه استفاده کرد.

 

آنها همچنین مشخص کردند که مکان جرم باید کجا باشد تا خمیدگی‌هایی را که مشاهده کردند، ایجاد کند.

 

ستاره‌شناسان منطقه وسیعی از هر دو جرم مرئی و تاریک موسوم به «هاله زیرخوشه‌ای»(subcluster halo) را کشف کردند که گروه کوچکتری از کهکشان‌ها را احاطه کرده است. این منطقه در مرکز «کهکشانNGC ۱۲۶۴» و در اطراف «خوشه برساووش» قرار گرفته بود.

 

 این «زیرخوشه» که جرمی حدود ۱۰۰ برابر کهکشان راه شیری دارد، توسط یک «پل جرمی»(mass bridge) به خوشه کهکشانی اصلی متصل است که حدود ۱/۴ میلیون سال نوری طول دارد و تقریباً هم‌جرم خوشه اصلی است.

 

مدل رایانه‌ای نشان داد که این پل گواه مستقیمی از برهم‌کنش گرانشی بین دو خوشه است و با شکل نامتقارن خوشه مطابقت دارد. این تیم همچنین با کمک این مدل، «جبهه‌های سرد» کشف شده در سال ۲۰۱۲ را بازسازی کرد.

 

«کیم» گفت: نتایج بدست آمده من را شگفت‌زده کرد، زیرا من «خوشه برساووش» را یک خوشه «خاموش» می‌دانستم.

 

شبیه‌سازی آنها در زمانی حدود ۷/۵ میلیارد سال پیش در کهکشان آغاز می‌شود، زمانی که «زیرخوشه» ادغام‌شده تحت تأثیر «خوشه برساووش» قرار گرفته است. حدود ۲ میلیارد سال طول کشیده است تا این «زیرخوشه» برای اولین بار از نزدیکی مرکز خوشه اصلی عبور کند.

 

سپس با کاهش سرعت و به عقب کشیده شدن توسط گرانش، ۳ میلیارد سال بعد دوباره از آن عبور کرده است. این رقص کیهانی تکرار شده است و تقریباً ۲ میلیارد سال بعد، «زیرخوشه» برای سومین بار که تقریباً ۷۵۰ میلیون سال پیش است، از آن عبور کرده است.

 

این یافته‌ها از اهمیت بالایی برخوردارند، زیرا این منطقه هدف اصلی ستاره‌شناسانی است که چگونگی شکل‌گیری و تکامل خوشه‌های کهکشانی را مطالعه می‌کنند.

 

«کیم» گفت: «خوشه برساووش» به لطف نزدیکی‌اش به ما به طور گسترده‌ای مورد بررسی قرار گرفته است و به ما این امکان را می‌دهد که بسیاری از فرآیندهای اخترفیزیکی مهم را کشف و آزمایش کنیم.

 

 بنابراین اگرچه این مطالعه بر روی یک خوشه واحد تمرکز دارد، اما پیامدهای گسترده‌ای برای درک ما از جهان را داراست.

 

این نتایج، قدرت تکنیک «همگرایی ضعیف گرانشی» را برجسته می‌کند، به ویژه در مواردی که روش‌های سنتی نتوانسته‌اند جهان نادیده را آشکار کنند. این رویکرد نه تنها به آشکار کردن ساختارهای پنهان در جهان کمک می‌کند، بلکه دریچه‌ای را برای کشف بیشتر خوشه‌های ادغام‌شده و درک چگونگی شکل‌گیری این سامانه‌های عظیم می‌گشاید.