في هذه الصورة ، يصور سقوط مجرة زرقاء منتشرة للغاية في نظام مجرة وطردها اللاحق كمجرة حمراء منتشرة للغاية. الائتمان: معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا
توفر النتائج مخططًا لإيجاد مثل هذه الأنظمة في مناطق الكون الأكثر هدوءًا وفراغًا.
بحكم التعريف ، المجرات القزمية صغيرة وخافتة ، مع وجود جزء بسيط من النجوم في درب التبانة والمجرات الأخرى. ومع ذلك ، هناك عمالقة بين الأقزام: المجرات فائقة الانتشار ، أو UDGs ، هي أنظمة قزمة تحتوي على عدد قليل نسبيًا من النجوم ولكنها منتشرة في مناطق شاسعة. نظرًا لأنها منتشرة جدًا ، يصعب اكتشاف هذه الأنظمة ، على الرغم من العثور على معظمها داخل مجموعات من المجرات الأكبر والأكثر إشراقًا.
الآن علماء الفلك من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد ، وأماكن أخرى استخدمت عمليات محاكاة مفصلة لاكتشاف UDGs "المروية" - وهي نوع نادر من المجرات القزمة التي توقفت عن توليد النجوم. لقد حددوا العديد من هذه الأنظمة في عمليات المحاكاة الخاصة بهم ووجدوا أن المجرات لم تكن في مجموعات ، بل كانت منفية في فراغات - مناطق هادئة تقريبًا فارغة من الكون.
تتعارض هذه العزلة مع تنبؤات علماء الفلك حول كيفية تشكل UDGs المروية. لذلك ، استخدم الفريق نفس عمليات المحاكاة لإرجاع تطور الأنظمة القزمة ومعرفة كيف ظهرت بالضبط.
وجد الباحثون أن UDGs المروية من المحتمل أن تتحد داخل هالات من المادة المظلمة بزخم زاوي مرتفع بشكل غير عادي. مثل آلة حلوى القطن ، ربما تكون هذه البيئة القاسية قد نسجت مجرات قزمة كانت ممتدة بشكل غير طبيعي.
ثم تطورت UDGs هذه داخل عناقيد المجرات ، مثل معظم UDGs. ولكن من المحتمل أن تكون التفاعلات داخل العنقود قد دفعت الأقزام إلى الفراغ ، مما منحهم مسارات شبيهة بمدارات "backsplash". في هذه العملية ، تم تجريد غاز المجرات ، تاركًا المجرات "مروية" وغير قادرة على إنتاج نجوم جديدة.
أظهرت عمليات المحاكاة أن مثل UDGs يجب أن تكون أكثر شيوعًا مما لوحظ. يقول الباحثون نتائجهم ، التي نشرت اليوم في طبيعة علم الفلك، قدم مخططًا لعلماء الفلك للبحث عن عمالقة أسماك القزم هذه في فراغات الكون.
يقول مارك فوجيلسبيرجر ، أستاذ الفيزياء المشارك في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "نسعى دائمًا للحصول على إجماع كامل حول المجرات الموجودة في الكون". تضيف هذه الدراسة مجموعة جديدة من المجرات التي تنبأت بها المحاكاة بالفعل. وعلينا الآن أن نبحث عنها في الكون الحقيقي ".
شارك فوغيلسبيرجر في قيادة الدراسة مع Laura Sales من جامعة كاليفورنيا ريفرسايد و José A. Benavides من معهد علم الفلك النظري والتجريبي في الأرجنتين.
الأحمر مقابل الأزرق
الفريق . لـ UDGs المروية بدأت بمسح بسيط للأقمار الصناعية UDG - أنظمة فائقة الانتشار توجد خارج عناقيد المجرات. يتوقع علماء الفلك أن UDGs داخل العناقيد يجب أن يتم إخمادها ، لأنها ستكون محاطة بمجرات أخرى من شأنها أن تحطم غاز UDG المنتشر بالفعل وتوقف إنتاج النجوم. يجب أن تتكون UDGs المروية في مجموعات بشكل أساسي من نجوم قديمة وتظهر باللون الأحمر.
إذا كانت UDGs موجودة خارج العناقيد ، في الفراغ ، فمن المتوقع أن تستمر في إخراج النجوم ، حيث لن يكون هناك غاز منافس من المجرات الأخرى لإخمادها. لذلك ، من المتوقع أن تكون UDGs في الفراغ غنية بالنجوم الجديدة ، وأن تظهر باللون الأزرق.
عندما قام الفريق بمسح الاكتشافات السابقة للأقمار الصناعية UDG ، خارج العناقيد ، وجدوا أن معظمها كان أزرق كما هو متوقع - لكن القليل منها كان أحمر.
يقول سيلز: "هذا ما لفت انتباهنا". "وفكرنا ،" ماذا يفعلون هناك؟ كيف تشكلوا؟ لم يكن هناك تفسير جيد ".
مكعب المجرة
للعثور على واحدة ، نظر الباحثون إلى TNG50 ، وهي محاكاة كونية مفصلة لتشكيل المجرات طورها Vogelsberger وآخرون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وأماكن أخرى. تعمل المحاكاة على بعض أقوى أجهزة الكمبيوتر العملاقة في العالم ، وهي مصممة لتطوير حجم كبير من الكون ، من ظروف مشابهة لتلك التي حدثت بعد فترة وجيزة من الانفجار الكبير وحتى يومنا هذا.
تعتمد المحاكاة على المبادئ الأساسية للفيزياء والتفاعلات المعقدة بين المادة والغاز ، وقد تم عرض نتائجها في العديد من السيناريوهات لتتفق مع ما لاحظه علماء الفلك في الكون الفعلي. لذلك تم استخدام TNG50 كنموذج دقيق لكيفية وأين تتطور أنواع كثيرة من المجرات عبر الزمن.
في دراستهم الجديدة ، استخدمت Vogelsberger و Sales و Benavides TNG50 لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم اكتشاف UDGs المروية خارج عناقيد المجرات. لقد بدأوا بمكعب من الكون المبكر يبلغ عرضه حوالي 150 مليون سنة ضوئية ، وأجروا المحاكاة للأمام ، حتى يومنا هذا. ثم قاموا بالبحث في المحاكاة على وجه التحديد عن UDGs في الفراغات ، ووجدوا أن معظم تلك التي اكتشفوها كانت زرقاء ، كما هو متوقع. لكن رقمًا مثيرًا للدهشة - حوالي 25 في المائة - كان أحمر ، أو مخمدًا.
ركزوا على هذه الأقزام الساتلية الحمراء واستخدموا نفس المحاكاة ، هذه المرة كنوع من آلة الزمن لمعرفة كيف ومتى وأين نشأت هذه المجرات. ووجدوا أن الأنظمة كانت في البداية جزءًا من عناقيد ، ولكن تم إلقاؤها بطريقة ما في الفراغ ، على مدار أكثر إهليلجيًا ، "باكسبلاش".
يقول سيلز: "هذه المدارات تشبه تقريبًا تلك الخاصة بالمذنبات في نظامنا الشمسي". "يخرج البعض ويدور حوله ، والبعض الآخر قد يأتي مرة واحدة ثم لا يتكرر ذلك أبدًا. بالنسبة لـ UDGs المروية ، نظرًا لأن مداراتها بيضاوية الشكل ، لم يكن لديها الوقت للعودة ، حتى على مدار عمر الكون بأكمله. لا يزالون هناك في الميدان ".
أظهرت عمليات المحاكاة أيضًا أن اللون الأحمر لـ UDGs المروية نشأ من طردهم - وهي عملية عنيفة جردت غازات تشكل النجوم في المجرات ، تاركة إياها مخففة ولونها أحمر. من خلال تشغيل عمليات المحاكاة إلى الوراء ، لاحظ الفريق أن الأنظمة الدقيقة ، مثل جميع المجرات ، نشأت في هالات من المادة المظلمة ، حيث يتحد الغاز في أقراص مجرية. ولكن بالنسبة لمركبات UDG المروية ، بدت الهالات وكأنها تدور أسرع من المعتاد ، مما يؤدي إلى إنشاء مجرات ممتدة ومنتشرة للغاية.
الآن وقد أصبح لدى الباحثين فهم أفضل لأين وكيف نشأت UDGs المروية ، فإنهم يأملون أن يتمكن علماء الفلك من استخدام نتائجهم لضبط التلسكوبات ، لتحديد المزيد من الأقزام الحمراء المعزولة - والتي تقترح المحاكاة أنها يجب أن تكون كامنة بأعداد أكبر مما لدى علماء الفلك تم الكشف عنها حتى الآن.
يقول Vogelsberger: "من المدهش حقًا أن المحاكاة يمكنها حقًا إنتاج كل هذه الأشياء الصغيرة جدًا". "نتوقع أنه يجب أن يكون هناك المزيد من هذا النوع من المجرات هناك. هذا يجعل عملنا مثيرًا للغاية ".
لمزيد من المعلومات حول هذا البحث ، انظر علماء الفلك يكشفون عن أصل المجرات شديدة الانتشار المراوغة.
المرجع: "المجرات فائقة الانتشار الهادئة في الحقل الناشئة من مدارات مائلة للخلف" بقلم خوسيه إيه بينافيدس ، لورا ف. سيلز ، ماريو. عبادي ، أناليزا بيلبيتش ، ديلان نيلسون ، فيديريكو ماريناتشي ، مايكل كوبر ، روديجر باكمور ، بول توري ، مارك فوجيلسبيرجر ولارس هيرنكويست ، 6 سبتمبر 2021 ، طبيعة علم الفلك.
DOI: 10.1038/s41550-021-01458-1
