رایانه و اینترنت

نقشه جدیدی از آسمان

ستاره شناسان با استفاده از داده های تلسکوپ های ناسا و ESA (آژانس فضایی اروپا) نقشه جدیدی از آسمان را در دورترین منطقه کهکشان ما منتشر کردند. [یادداشت سردبیر: به پیوند چندرسانه ای مرتبط مراجعه کنید.] این منطقه که به عنوان هاله کهکشانی شناخته می شود ، در خارج از بازوهای مارپیچی چرخشی قرار دارد که دیسک مرکزی قابل تشخیص کهکشان راه شیری را تشکیل می دهند و به طور کم جمعیت با ستاره ها تشکیل می شوند. گرچه ممکن است هاله بیشتر خالی به نظر برسد ، اما همچنین پیش بینی می شود حاوی مخزنی عظیم از ماده تاریک باشد ، ماده ای مرموز و نامرئی که تصور می شود قسمت عمده ای از جرم جهان را تشکیل می دهد.

داده های نقشه جدید از مأموریت ESA Gaia و NASA's Near Earth Object Wide Wide Field Infrared Survey Explorer یا NEOWISE گرفته شده است که از سال 2009 تا 2013 تحت عنوان moniker WISE فعالیت می کرد. در این مطالعه از داده های جمع آوری شده توسط فضاپیما بین سال های 2009 و 2018 استفاده شده است.

نقشه جدید نشان می دهد که چگونه یک کهکشان کوچک به نام ابر بزرگ ماژلانی (LMC) - که به این دلیل نامیده می شود زیرا بزرگترین دو کهکشان کوتوله است که به دور راه شیری می چرخند - از طریق هاله کهکشانی راه شیری مانند کشتی از طریق آب عبور کرده است ، نیروی جاذبه باعث ایجاد بیداری در ستارگان پشت آن می شود. LMC در فاصله 160،000 سال نوری از زمین قرار دارد و کمتر از یک چهارم جرم کهکشان راه شیری است.

اگرچه قسمتهای داخلی هاله با دقت بالایی نقشه برداری شده است ، این اولین نقشه است که تصویری مشابه از مناطق خارجی هاله ، جایی که بیدار می شود ارائه می دهد - حدود 200000 سال نوری تا 325000 سال نوری از مرکز کهکشانی. مطالعات قبلی به وجود بیداری اشاره داشتند ، اما نقشه تمام آسمان وجود آن را تأیید می کند و نمای مفصلی از شکل ، اندازه و مکان آن را ارائه می دهد.

این آشفتگی در هاله ، اخترشناسان فرصتی را برای مطالعه چیزی که نمی توانند مستقیماً مشاهده کنند فراهم می کند: ماده تاریک. گرچه نور ساطع نمی کند ، منعکس نمی کند و جذب نمی کند ، اما تأثیر گرانشی ماده تاریک در سراسر جهان مشاهده شده است. تصور می شود که یک داربست ایجاد شود که کهکشانها بر روی آن ساخته شده اند ، به گونه ای که بدون آن ، کهکشان ها هنگام چرخش از هم جدا می شوند. تخمین زده شده است که ماده تاریک پنج برابر بیشتر از همه ماده ای است که از نور ساطع می کند و یا با آن برهم کنش دارد ، از ستاره ها گرفته تا سیارات گرفته تا ابرهای گازی در جهان شایع است.

اگرچه چندین نظریه در مورد ماهیت ماده تاریک وجود دارد ، اما همه آنها حاکی از آن است که باید در هاله راه شیری وجود داشته باشد. اگر چنین باشد ، همانطور که LMC از این منطقه عبور می کند ، باید ماده تاریک را نیز بیدار کند. تصور می شود باری که در نقشه ستاره جدید مشاهده می شود ، رئوس مطالب این بیداری ماده تاریک است. ستاره ها مانند برگهایی در سطح این اقیانوس نامرئی هستند که موقعیت آنها با ماده تاریک تغییر می کند.

اثر متقابل ماده تاریک و ابر بزرگ ماژلانی پیامدهای بزرگی برای کهکشان ما دارد. همانطور که LMC به دور کهکشان راه شیری می چرخد ، گرانش ماده تاریک روی LMC کشیده شده و سرعت آن را کم می کند. این امر باعث کوچک و کوچکتر شدن مدار کهکشان کوتوله می شود ، تا اینکه سرانجام در حدود 2 میلیارد سال کهکشان با کهکشان راه شیری برخورد می کند. این نوع ادغام ها می توانند عامل اصلی رشد کهکشان های عظیم در سراسر جهان باشند. در حقیقت ، ستاره شناسان فکر می کنند که راه شیری حدود 10 میلیارد سال پیش با کهکشان کوچک دیگری ادغام شده است.

روهان نیدو ، دانشجوی دکترای نجوم در دانشگاه هاروارد و یکی از نویسندگان جدید گفت: "این سرقت از انرژی کهکشان کوچکتر ، نه تنها به همین دلیل است که LMC با کهکشان راه شیری ادغام می شود ، بلکه به همین دلیل است که همه ادغام کهکشان ها اتفاق می افتد." کاغذ. "بیداری که در نقشه ما وجود دارد یک تأیید کاملاً شفاف است که نشان می دهد تصویر اصلی ما از چگونگی ادغام کهکشان ها در نقطه ای است!"

یک فرصت نادر

نویسندگان مقاله همچنین فکر می کنند نقشه جدید - همراه با داده های اضافی و تجزیه و تحلیل های نظری - ممکن است آزمایشی برای نظریه های مختلف در مورد ماهیت ماده تاریک ارائه دهد ، از جمله اینکه آیا از ذرات تشکیل شده است ، مانند ماده منظم ، و اینکه خواص آن ذرات هستند.

چارلی کانروی ، استاد دانشگاه هاروارد و یک ستاره شناس در مرکز اخترفیزیک گفت: "شما می توانید تصور کنید که بیداری پشت قایق متفاوت باشد اگر قایق از طریق آب یا از طریق عسل حرکت کند." هاروارد و اسمیتسونیان ، که نویسنده همکاری در مطالعه بودند. "در این حالت ، خصوصیات بیداری توسط تئوری ماده تاریک اعمال می شود."

کانروی تیمی را ترسیم کرد که موقعیت بیش از 1300 ستاره را در هاله نقشه برداری کرد. این چالش در تلاش برای اندازه گیری فاصله دقیق از زمین تا قسمت بزرگی از آن ستاره ها بوجود آمد: اغلب نمی توان فهمید که آیا ستاره ای کم نور و نزدیک است یا روشن و دور است. این تیم از داده های مأموریت ESA Gaia استفاده کرده است که مکان بسیاری از ستاره ها را در آسمان فراهم می کند اما نمی تواند فاصله تا ستارگان را در مناطق بیرونی کهکشان راه شیری اندازه گیری کند.

پس از شناسایی ستاره هایی که به احتمال زیاد در هاله واقع شده اند (زیرا آنها به وضوح درون کهکشان یا LMC نبودند) ، تیم به دنبال ستاره های متعلق به یک کلاس از ستارگان غول پیکر با "امضای" نور خاصی بود که توسط NEOWISE قابل تشخیص است. دانستن خصوصیات اساسی ستارگان انتخاب شده تیم را قادر می سازد تا فاصله آنها از زمین را تشخیص داده و نقشه جدیدی را ایجاد کند. این منطقه منطقه ای را شروع می کند که از 20000 سال نوری از مرکز راه شیری شروع می شود ، یا در حدود جایی که پیش بینی LMC آغاز شده بود ، و حدود 125000 سال نوری فراتر از آن است.

کانروی و همکارانش پس از اطلاع از گروهی از اخترفیزیکدانان در دانشگاه آریزونا در توسان که باعث می شود مدل های رایانه ای پیش بینی کنند ماده تاریک در هاله کهکشانی چگونه است ، الهام گرفته شدند تا بیدار LMC را شکار کنند. دو گروه با هم روی مطالعه جدید کار کردند.

یک مدل توسط تیم آریزونا ، که در مطالعه جدید گنجانده شده است ، ساختار کلی و مکان خاص بیدار شدن ستاره را در نقشه جدید پیش بینی کرد. هنگامی که داده ها صحت این مدل را تأیید کردند ، تیم می تواند آنچه دیگر تحقیقات نیز اشاره کرده اند را تأیید کند: LMC احتمالاً در اولین مدار خود به دور کهکشان راه شیری است. اگر کهکشان کوچکتر از قبل مدارهای متعددی ایجاد کرده باشد ، شکل و محل بیدار با آنچه مشاهده شده تفاوت قابل توجهی خواهد داشت. ستاره شناسان فکر می کنند LMC در همان محیط کهکشان راه شیری و کهکشان دیگری به نام M31 شکل گرفته و نزدیک به تکمیل اولین مدار طولانی به دور کهکشان ما است (حدود 13 میلیارد سال). مدار بعدی آن به دلیل تعامل با راه شیری بسیار کوتاه خواهد بود.

نیکولاس گاراویتو-کامارگو ، دانشجوی دکترای نجوم ، در دانشگاه آریزونا گفت: "تأیید پیش بینی نظری ما با داده های مشاهده ای به ما می گوید که درک ما از تعامل بین این دو کهکشان ، از جمله ماده تاریک ، در مسیر درست قرار دارد." مدل استفاده شده در مقاله.

نقشه جدید همچنین فرصتی نادر را برای اخترشناسان فراهم می کند تا خصوصیات ماده تاریک (آب تصوری یا عسل) را در کهکشان خود آزمایش کنند. در مطالعه جدید ، گاراویتو-کامارگو و همکارانش از نظریه معروف ماده تاریک به نام ماده تاریک سرد استفاده کردند که نسبتاً مناسب با نقشه ستاره مشاهده شده است. اکنون تیم دانشگاه آریزونا شبیه سازی هایی را انجام داده است که از تئوری های مختلف ماده تاریک استفاده می کند تا ببیند کدام یک از آنها با بیداری که در ستاره مشاهده می شود ، مطابقت دارد.

گورتینا بسلا ، یکی از نویسندگان این تحقیق و دانشیار دانشگاه آریزونا ، گفت: "این شرایط کاملاً ویژه ای است که برای ایجاد این سناریو گرد هم آمده اند و به ما اجازه می دهند تئوری های ماده تاریک خود را آزمایش کنیم." "اما ما فقط می توانیم آن آزمایش را با ترکیب این نقشه جدید و شبیه سازی ماده تاریکی که ساخته ایم ، درک کنیم."

فضاپیمای WISE که در سال 2009 به فضا پرتاب شد ، پس از انجام مأموریت اصلی خود ، در سال 2011 در خواب زمستانی قرار گرفت. در سپتامبر 2013 ، ناسا سفینه را با هدف اولیه اسکن اجسام نزدیک زمین یا NEO فعال کرد و نام ماموریت و فضاپیما به NEOWISE تغییر یافت. آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا در جنوب کالیفرنیا WISE را برای اداره ماموریت علمی ناسا مدیریت و اداره کرد. این مأموریت به صورت رقابتی تحت برنامه کاوشگران ناسا با مدیریت مرکز پرواز فضایی گودارد آژانس در گرینبلت ، مریلند انتخاب شد. NEOWISE پروژه ای از JPL ، بخش Caltech و دانشگاه آریزونا است که توسط دفتر هماهنگی دفاع سیاره ناسا پشتیبانی می شود.