تاثیر برخوردهای پرانرژی در شکل‌گیری میله کهکشان‌ها

تاثیر برخوردهای پرانرژی در شکل‌گیری میله کهکشان‌ها

در برخوردهای کیهانی، معمولا دو کهکشان پس از برخورد با هم ادغام می‌شوند و یک کهکشان تغییر شکل یافته را به وجود می‌آورند. اما اگر برخورد پرانرژی‌تر باشد، دو کهکشان پس از برخورد باز از یکدیگر جدا می‌شوند. این برخوردهای کوتاه اما بسیار پرانرژی، اختلالات زیادی در دو کهکشان به وجود می‌آورند.

تصویر ۱: در این تصویر برخورد صفحه‌ای دو کهکشان نمایش داده شده است. ردیف بالا، برخورد با زاویه‌های متفاوت است. جهت چرخش کهکشان برخوردی مخالف جهت گردش به دور مرکز جرم دو کهکشان است. ردیف پایین، برخورد هم‌زاویه را نشان می‌دهد که جهت چرخش با گردش یکسان است. برخوردهای هم‌زاویه اثرات بیشتری بر روی کهکشان‌های برخوردی می‌گذارند. - Credit: Toomre & Toomre 1972

تصویر ۱: در این تصویر برخورد صفحه‌ای دو کهکشان نمایش داده شده است. ردیف بالا، برخورد با زاویه‌های متفاوت است. جهت چرخش کهکشان برخوردی مخالف جهت گردش به دور مرکز جرم دو کهکشان است.
ردیف پایین، برخورد هم‌زاویه را نشان می‌دهد که جهت چرخش با گردش یکسان است. برخوردهای هم‌زاویه اثرات بیشتری بر روی کهکشان‌های برخوردی می‌گذارند.
Credit: Toomre & Toomre 1972

چنین برخوردهایی ممکن است موجب به وجود آمدن یا از بین رفتن ساختارهایی همچون «میله» و «بازوهای مارپیچی» در دو کهکشان برخوردی بشوند. میله، تجمعی از ستاره‌ها و گاز است که به شکل میله‌ای از مرکز کهکشان مارپیچی بیرون آمده است. میله‌ها از طریق تبادل گشتاور زاویه‌ای، منتقل کردن گاز به نواحی مرکزی، و حتی رشد سیاهچاله ابرپرجرم مرکز کهکشان، تاثیر زیادی در تحول کهکشان‌ها دارند. به همین علت، نقش برخوردهای پرانرژی در به وجود آمدن یا از بین بردن میله‌ها، ممکن است سناریوی تاثیرگذاری در روند تحول کهکشان‌ها باشد.

در این مقاله، مولفان برخوردهای پرانرژی را شبیه‌سازی کرده‌اند و از دو روش، شکل‌گیری میله‌ها را در طول برخورد در نظر گرفته‌اند. کهکشان‌های این شبیه‌سازی دو مولفه دارند: یک قرص ستاره‌ای و یک هاله ماده تاریک که تقریبا ۳۰ برابر پرجرم‌تر از قرص ستاره‌ای است. کهکشانها تقریبا هم‌اندازه کهکشان راه شیری هستند. سه حالت برخورد در این مقاله بررسی شده است که تفاوتشان در جهت چرخش و نسبت جرم دو کهکشان است: (۱) دو کهکشان هم‌اندازه و هم‌زاویه (چرخش کهکشان به دور خودش با گردش آن به دور مرکز جرم دو کهکشان برخوردی یکی است)، (۲) یک کهکشان با جرم ده برابر دیگری اما هر دو هم‌زاویه، (۳) دو کهکشان هم‌جرم اما با جهت‌های چرخش و گردش مخالف هم. برخورد مدل اول و سوم در تصویر شماره یک نمایش داده شده‌اند.

گرچه این‌گونه برخوردها در کیهان نادر هستند، اما تاثیر برخورد را به حداکثر خود می‌رسانند. به همین علت مولفان این مقاله، چنین برخوردهایی را برای بررسی انتخاب کرده‌اند. شبیه‌سازی‌ها تا حداقل ۵ میلیارد سال ادامه داده شده‌اند، و هر ۵۰ میلیون سال متوقف شده‌اند تا ویژگی‌های کهکشان‌ها را ثبت کنند.

مولفان از دو روش برای شناسایی میله‌ها استفاده کرده‌اند. روش اول، روشی تئوری بر اساس تجزیه پتانسیل قرص به هماهنگهای کروی، و اندازه‌گیری دامنه مُد دوم پتانسیل نسبت به کل پتانسیل است. روش دوم، که پایه رصدی و تجربی دارد، بر اساس پیدا کردن بیضی‌هایی با روشنایی سطحی برابر بر سطح کهکشان‌ها است. تغییر پارامترهای بیضی‌ها در راستای شعاع کهکشان، میله را تعریف می‌کند. روش اول، محافظه‌کارتر است و روش دوم بیشتر به منظور بررسی مجدد است.

تصویر ۲: شبیه‌سازی کهکشان برخوردی و بررسی به وجود آمدن میله بر حسب زمان گذشته از برخورد. در ردیف بالا یکی از کهکشان‌های برخوردی شبیه‌سازی‌شده را می‌بینید. برای توضیح درباره نمودارها به متن مراجعه کنید.

تصویر ۲: شبیه‌سازی کهکشان برخوردی و بررسی به وجود آمدن میله بر حسب زمان گذشته از برخورد.
در ردیف بالا یکی از کهکشان‌های برخوردی شبیه‌سازی‌شده را می‌بینید.
برای توضیح درباره نمودارها به متن مراجعه کنید.

نتایج شبیه‌سازی‌ها و دنبال کردن پارامترهای تعیین میله در دو کهکشان، بر اساس دو روشی که در بالا گفته شد، نشان می‌دهد که برخوردهای پرانرژی دو کهکشان که جرمی برابر هم دارند و برخورد هم‌زاویه است، قطعا موجب به وجود آمدن میله در هر دو کهکشان می‌شود. این گونه برخوردها حتی بازوهای مارپیچی نیز به وجود می‌آورند. برای بررسی دقیق‌تر به تصویر شماره ۲ نگاه کنید. این تصاویر، شبیه‌سازی یکی از کهکشان‌ها را در برخورد پرانرژی هم‌جرم و هم‌زاویه نشان می‌دهد. ردیف بالا کهکشان‌ را از روبرو نشان می‌دهد که بیضی‌های روش رصدی برای تعیین میله، بر روی آن کشیده شده‌اند. زمان نیز در گوشه‌ تصاویر با رنگ سفید و در واحد میلیارد سال نوشته شده است. ردیف میانی، نمایش‌گر روش تئوری تشخیص میله است. ردیف پایین، نمودار‌های تشخیص میله را از دو روش نشان می‌دهد، که بر حسب زمان گذشته از شروع برخورد کشیده شده‌اند. رنگ آبی، روش تئوری و رنگ قرمز، روش رصدی (بیضی‌ها) است. خط عمودی سبز رنگ، حضیض دو کهکشان را نشان می‌دهد. همان‌طور که می‌بینید نمودار آبی (روش تئوری) کمی پس از حضیض اوج می‌گیرد، که نشان‌دهنده به وجود آمدن میله است. شکل‌گیری بازوهای مارپیچی تشخیص میله را در این کهکشان دشوار کرده است. اما با این حال، با روش تئوری میله‌ای به اندازه ۳/۸ کیلوپارسک۱، و با روش رصدی میله‌ای به اندازه ۸/۱ کیلوپارسک، تشخیص داده شده است.

نتایج نشان می‌دهند که برخورد هم‌زاویه با جرم‌های نابرابر، فقط در کهکشان کوچکتر میله تشکیل می‌دهد، و برخورد با زاویه‌های چرخش مخالف هیچ میله‌ای در هیچ کدام از دو کهکشان به وجود نمی‌آورد. برای به دست آوردن حد دقیق نسبت جرمی کهکشان‌ها و زاویه برخورد آنها، که منجر به شکل‌گیری میله شود، شبیه‌سازی‌های بیشتر و بررسی‌های دقیق‌تری نیاز است. بنابر این شبیه‌سازی‌ها، کهکشان‌هایی که در آنها میله به وجود آمده است تا مدت زیادی پس از برخورد همچنان میله‌شان باقی مانده است. این یافته نشان می‌دهد که ممکن است بسیاری از ساختارهای میله‌ای که در کهکشان‌های منفرد می‌بینیم ناشی از برخوردهای پرانرژی باشد، و نه تحولات داخلیِ خودِ کهکشان.

۱. پارسک واحد اندازه‌گیری فواصل نجومی است. یک پارسک برابر ۳/۲۶ سال نوری است.

عنوان اصلی مقاله: Bar Fromation from Galaxy Flybys
نویسندگان:Meagan Lang, Kelly Holley-Bockelmann, Manodeep Sinha
این مقاله برای چاپ در نشریه ApJ Letters پذیرفته شده است.
لینک مقاله اصلی:http://arxiv.org/abs/1405.5832v1
گردآورنده: آیرین شیوایی

 

دسته‌ها: مقالات روز

درباره نویسنده

آیرین شیوایی

پژوهشگر پَسادکترا در زمینه‌ی نجوم رصدی کهکشان‌ها در دانشگاه آریزونا است. او هم‌اکنون عضو تیم علمی ابزار فروسرخ تلسکوپ فضایی جیمز وب است. او در سال ۲۰۱۷ دکترای فیزیک خود را از دانشگاه کالیفرنیا در ریورساید دریافت کرد. پروژه‌ی دکترای او تحقیق درباره‌ی چگونگی تحول کهکشان‌های جوان عالم از طریق بررسی غبار میان‌ستاره‌ای و ستاره‌زایی در آن‌ها بود. او برای مطالعه و بررسی این کهکشان‌ها، که حدود ۱۰ میلیارد سال نوری از ما فاصله دارند، از داده‌های تلسکوپ‌های زمینی کک و تلسکوپ‌های فضایی هابل و اِسپیتزر استفاده کرد.

دیدگاه‌ها

  1. شایان
    شایان ۶ خرداد, ۱۳۹۳، ۱۹:۴۴

    ساختارهای میله‌ای یا بازوی مارپیچی، ایا پایدار هستند یا پس از مدتی به یک شکل جدید می‌رسند؟

    پاسخ به این دیدگاه
    • آیرین شیوایی
      آیرین شیوایی نویسنده ۷ خرداد, ۱۳۹۳، ۲۰:۰۱

      تا جایی که می‌دانم اگر کهکشان در شرایط ایده‌آل باشد، مثلا در یک خوشه کهکشانی نباشد که تحت تاثیر گرانش اعضای دیگر خوشه (مثل برخورد) تغییر شکل دهد و یک کهکشان تک باشد، ساختارهایی مثل بازوها و میله‌ها پایدار می‌مانند. ممکن است شکل بازوها تغییر کند اما از بین نمی‌روند.
      اما برخورد کیهانی با کهکشانی دیگر می‌تواند باعث تغییر شکل کامل کهکشان شود. مثلا یک کهکشان مارپیچی پس از برخورد ممکن است به یک کهکشان نامنظم تبدیل شود، و بازوهای خود را از دست بدهد.

      پاسخ به این دیدگاه
  2. azim
    azim ۲۹ آبان, ۱۳۹۴، ۲۲:۲۰

    از شما خیلی خیلی ممنونم
    بخاطر این کارهای ارزشمندتان
    خواهش میکنم با توجه به حضورتان در محی های علمی قوی و تسلط روی این موضوع ها این کار را ادمه دهید
    خدا نگهدارتان

    پاسخ به این دیدگاه
  3. سعید
    سعید ۲۶ بهمن, ۱۳۹۴، ۱۱:۰۷

    در برخورد کهکشان ما و آندرا مدا کدوم یک از این حالتها رخ میده ؟

    پاسخ به این دیدگاه

یک دیدگاه بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.
بخش‌های لازم مشخص شده‌اند*