فانوس‌هایی در آسمان

0 0 0 0

توسط آیرین شیوایی , 20 آوریل 2015

کهکشان‌های کوتوله، کهکشان‌های بسیار کم‌نوری هستند که جرم ستاره‌ای بسیار کمی دارند. از آنجایی که درخشندگی سطحی این کهکشان‌ها بسیار کم است، کشف آن‌ها در پیمایش‌های اپتیکی زمینی در فواصلی دورتر از چند مگاپارسک کار بسیار دشواری خواهد بود. در این مقاله، نویسندگان پیشنهاد می‌کنند که می‌توان از پدیده‌های گذرای درخشان مانند نواخترها و ابرنواخترها برای کشف کهکشان‌های کوتوله‌ی دور استفاده کرد.

با تلسکوپ‌های زمینی می‌توان ستاره‌های کهکشان‌های کوتوله‌ای را که در فاصله‌های چند مگاپارسکی از ما قرار دارند، تفکیک کرد. رصد این ستاره‌ها روش کلاسیک کشف کهکشان‌های کوتوله‌ی نزدیک بوده است. اما در فواصل دورتر که ستاره‌های این کهکشان‌ها دیگر قابل تفکیک نیست، درخشندگی سطحی بسیار کمشان (کم‌نورتر از ۲۷ قدر بر مربع ثانیه‌ی قوسی) رصد آن‌ها را بسیار دشوار می‌کند. از طرفی بررسی‌های نظری پیش‌بینی می‌کنند که جمعیت زیادی از این کهکشان‌ها در ورای قابلیت‌های رصدی ما وجود دارند.

از طرف دیگر، گرچه این کهکشان‌های کوتوله به خودی خود بسیار کم‌نور هستند، ما می‌توانیم انفجارهای ستاره‌ای نواختری و ابرنواختری احتمالی را که در آن‌ها رخ می‌دهد رصد کنیم. این انفجارها آنقدر پرنور هستند که از فواصل بسیار دورتر دیده شوند و چون کهکشان میزبان آن‌ها دیده نمی‌شود به نظر می‌آیند متعلق به هیچ کهکشانی نیستند. استفاده از این پدیده‌های گذرا مشروط به آن است که بتوان از آن‌ها برای محاسبه‌ی فاصله‌ی کهکشان کوتوله استفاده کرد. ابرنواخترهای نوع یک-a یکی از بهترین پدیده‌ها برای تخمین فاصله هستند. برخی از پژوهش‌ها نشان داده‌اند که با ابرنواخترهای رمبش ستاره‌ای هم می‌توان تخمینی کلی برای فاصله زد. نرخ تولید ابرنواخترهای رمبش ستاره‌ای تقریبا ۱۰ برابر ابرنواخترهای نوع یک-a است. از طرف دیگر از نواخترها هم می‌توان برای تخمین فاصله استفاده کرد؛ سرعت کم‌نور شدن نواختر با بیشینه‌ی درخشندگی آن رابطه‌ی تنگاتنگی دارد و از همین رابطه می‌توان به فاصله‌ی نواختر پی برد (سرعت کم‌نور شدن با فاصله تغییر نمی‌کند اما هرچه نواختر دورتر باشد درخشندگی بیشینه‌اش کم‌نورتر دیده می‌شود).

تصویر ۱: نمودار نرخ تولید ابرنواختر و نواختر در کهکشان‌های کوتوله بر حسب فاصله. خط‌های مورب نرخ پدیده‌های گذرا را برای کهکشان‌های کوتوله با جرم‌های مختلف نشان می‌دهد. نواحی رنگی مناطقی هستند که نواختر و ابرنواختر در یک تصویر تلسکوپ LSST ثبت می‌شوند و نرخ آن‌ها بیش از یک بار در سال است. برای توضیحات بیشتر به متن مراجعه کنید.

پروژه‌های اپتیکی گوناگونی در حال اجرا یا برنامه‌ریزی هستند که هدفشان رصد بخش عظیمی از آسمان با ابزارهای با کیفیت کافی برای آشکارسازی پدیده‌های گذرای نورانی است. از جمله‌ی این پروژه‌ها، تلسکوپ پیمایشی سینوپتیکی بزرگ^(۱)   (LSST) است. LSST تلسکوپ ۸.۴ متری است که قرار است در سال ۲۰۲۱ آغاز به کار کند. این تلسکوپ قرار است هر هفته کل آسمان را در چند فیلتر رنگی رصد کند و پدیده‌های گذرایی مانند ابرنواخترها را در نوردهی‌های کوتاه‌مدت کشف کند. تصویر شبیه‌سازی شده‌ی این تلسکوپ را در بالای این صفحه می‌ببینید.

برای پیش‌بینی نرخ تولید انفجارهای نواختری و ابرنواختری پیش‌فرض‌هایی لازم است که آن‌ها به خودی خود قطعی و دانسته نیستند. از جمله‌ی این پیش‌فرض‌ها تاریخچه‌ی ستاره‌زایی کهکشان‌های کوتوله است، آیا این کهکشان‌ها بیشتر ستاره‌هایشان را در ابتدای پیدایششان به وجود می‌آورند و بعد ذخیره‌ی گازهایشان به اتمام می‌رسد؟ یا با نرخ ثابتی گازهایشان را به ستاره تبدیل می‌کنند؟ با چنین پیش‌فرض‌هایی نویسندگان مقاله نرخ تولید ابرنواخترها و نواخترها را در کهکشان‌های کوتوله با جرم‌های مختلف تخمین زده‌اند. این نرخ‌ها را در تصویر شماره‌ی یک می‌بینید. در این نمودار محور عمودی نرخ تولید ابرنواختر/نواختر بر حسب تعداد بر سال است و محور افقی فاصله را در واحد مگاپارسک نشان می‌دهد. خطوط رنگی نرخ را برای کهکشان‌هایی با جرم‌ ستاره‌ای کمتر از ۱۰ به توان ۸، ۱۰ به توان ۶، و ۱۰ به توان ۵ جرم خورشیدی نشان می‌دهند. مناطق رنگی (طوسی برای نواختر و آبی برای ابرنواختر) مناطقی هستند که در آن‌ها نرخ پدیده بیشتر از یک بار در سال و قابل رصد است. قابل رصد بودن پدیده برای تلسکوپ LSST محاسبه شده است.

نمودار یک نشان می‌دهد که کهکشان‌های کوتوله با جرم کم تا فاصله‌های ۱۰ تا ۱۰۰ مگاپارسکی قابل تفکیک هستند، اما به علت درخشندگی کمشان رصد مستقیم آن‌ها کار دشواری است. با این حال، نواخترها در این‌ کهکشان‌ها با نرخ ۱ تا ۱۰۰ بار در سال تا فاصله‌ی ۳۰ مگاپارسکی (میلیون پارسکی) قابل رصد است و ابرنواخترها تا چند گیگاپارسک (میلیارد پارسک) با نرخ ۱۰۰ تا ۱۰هزار بار در سال دیده می‌شوند (توجه کنید که فاصله‌ی یک گیگا پارسک معادل انتقال‌به‌سرخ ۰.۲۵ در کیهان‌شناسی ما است). کهکشان‌های کوتوله‌ی پرجرم‌تر درخشندگی سطحی بیشتری خواهند داشت و تا فواصل چند صد مگاپارسکی می‌توان مستقیم و بدون استفاده از پدیده‌های گذرا، آن‌ها را رصد کرد. این رصدها تنها با تلسکوپ‌هایی مانند LSST که میدان‌دیدهای بسیار بازی دارند قابل اجرا است و نرخ‌های ذکرشده برای کل کره‌ی قابل رصد آسمان تخمین زده شده‌اند.