یکی از نتایج جالبی که از مساحی‌های محدوده‌ی زیرمیلی‌متر۱ توسط دو ماهواره‌ی پلانک۲ و هرشل۳ به دست می‌آید، کشف کهکشانهایی محلی (انتقال‌به‌سرخ کم‌تر از ۰.۱) با محیط غباری سرد (۱۰-۱۳ کلوین) است. دمای محیط غباری کهکشان‌ها از توزیع طیف انرژیشان به دست می‌آید. توزیع طیف انرژی دو نمونه از این کهکشان‌ها در شکل ۱ نشان داده شده است که لزوم مؤلفه‌ی غباری سرد را نشان می‌دهد. در این مقاله، برای بررسی این‌که آیا واقعا غبار سرد غیرعادی در این نوع کهشکان‌ها حضور دارد یا نه، قطر کهکشان‌ها را در طول‌موج ۳۵۰ میکرومتری پلانک با قطر تخمین‌زده‌شده توسط مدل‌های انتقال تابشی برای تابش فروسرخ و زیرمیلی‌متری مقایسه می‌کنند. مولفان هم‌چنین از نقشه‌های زیرمیلی‌متری این کهکشان‌ها، که از تلسکوپ هرشل به دست آمده، استفاده می‌کنند. انتظار می‌رود کهکشانهایی که غبار سرد دارند نسبت به کهکشانهای عادی با درخشندگی یکسان، اندازه‌ی بزرگتری در طول‌موج‌های زیرمیلی‌متری داشته باشند.
شکل ۱. توزیع طیف انرژی دو کهکشان NGC 3319 و NGC 3049 که لزوم مؤلفه‌ی گرد و غباری سرد را با رنگ سبز نمایان می‌کند.
شکل ۲. قطر زیرمیلی‌متری پیش‌بینی‌شده برحسب انتقال‌به‌سرخ برای کهکشانهای عادی با نسبت تابشی ۵ (رنگ سیاه)، کهکشانهای نسبتا سرد با نسبت ۱ (رنگ آبی)، و کهکشانهای سرد با نسبت ۰.۱ (رنگ قرمز).
دمای غبار میان‌ستاره‌ای که عمق اپتیکی کمی دارد با استفاده از چگالی میدان تابشی میان‌ستاره‌ای مشخص می‌شود. چگالی میدان تابشی میان‌ستاره‌ای با اندازه‌گیری نسبت شدت میدان تابشی به میدان تابشی میان‌ستاره‌ای در همسایگی خورشید تعیین می‌شود. این نسبت معمولا حدود ۵ است. در نزدیکی خورشید که غبار نسبتا سردی وجود دارد، این نسبت برابر با ۱ می‌شود. اما کهکشانهایی در داده‌های هرشل مشاهده می‌شوند که این نسبت در آن‌ها به حدود ۰.۱ می‌رسد و به نظر می‌رسد که به میدان تابشی با شدت بسیار کم‌تری نیاز دارند. نتایج مشابهی برای برخی از کهکشانهای داده‌های پلانک نیز یافت شده است. در این سه نسبت میدان تابشی ذکر شده ( ۵، ۱ و ۰.۱ ) دمای ذرات غبار به ترتیب در محدوده‌ی ۲۰-۲۴، ۱۴.۵-۱۹.۷ و ۹.۸-۱۳.۴ کلوین قرار می‌گیرد.
یکی از روش‌های آزمایش این ایده، اندازه‌گیری قطر کهکشان در تابش زیرمیلی‌متری است. شکل ۲ اندازه‌ی محاسبه‌شده‌ی قطر زیرمیلی‌متری (اندازه‌ی زاویه‌ای) را برحسب انتقال‌به‌سرخ این کهکشان‌ها نشان می‌دهد. طبق این پیش‌بینی، کهکشانهایی با مؤلفه‌ی غباری سرد، قطر زیرمیلی‌متری بزرگتری نسبت به کهکشانهای عادی مشابه دارند.
شکل ۳. قطر محاسبه‌شده‌ی داده‌های پلانک برحسب قطر زیرمیلی‌متری پیش‌بینی‌شده برای کهکشانهای عادی (نسبت ۵ و رنگ سیاه)، کهکشانهای نسبتا سرد (نسبت ۱ و رنگ سبزآبی)، و کهکشانهای سرد (نسبت ۰.۱ و رنگ قرمز).
در این مقاله، تمرکز بر کهکشانهایی است که مقدار پیش‌بینی‌شده‌ی قطر زیرمیلی‌متری آن‌ها از ۳ درجه‌ی قوسی بیشتر باشد. این کهکشان‌ها با مقادیری که توسط ماهواره‌ی پلانک در طول موج ۳۵۰ میکرومتر مشاهده شده مقایسه می‌شوند. شکل ۳ نتایج این مقایسه را نشان می‌دهد. به غیر از یک خوشه‌ی کهکشانی با مقدار قطر پلانک زیاد، هر سه نوع کهکشان با یک رابطه‌ی خطی مطابقت دارند، که براساس نظر محققان این مقاله، به علت غبار میان‌ستاره‌ای است. هر سه جمعیت بررسی‌شده در این نمودار هم‌بستگی قوی‌ای بین مقادیر رصدشده و پیش‌بینی‌شده نشان می‌دهند. هرچند دو کهکشان NGC 6744 و M 104 مقادیر قطری بزرگتری را به دست می‌دهند. با تطبیق شار استفاده‌شده از داده‌های مختلف برای این دو کهکشان می‌توان مقادیر متفاوتی به دست آورد که محل این دو را در نمودار تغییر خواهد داد. برای جزییات بیشتر محاسبات مربوط به این دو کهکشان به مقالهی اصلی رجوع کنید.
داده‌های نقشه‌ای زیرمیلی‌متری از ابزار SPIRE بر روی رصدخانه‌ی فضایی هرشل برای چند کهکشان که براساس پیش‌بینی این مقاله دارای غبار سرد هستند، موجود است و این امکان را فراهم می‌آورد که محل غبار را با محل نور ستاره‌ه‌ای هر کهکشان مقایسه کنیم. توزیع طیف انرژی برای یکی از این کهکشان‌ها در شکل ۴ نشان داده شده است. نتیجه‌ی به دست‌آمده این است که شاخص درخشندگی سطحی اپتیکی ناشی از نور ستاره‌ای و تابش زیرمیلی‌متری این کهکشان‌ها با هم تفاوت دارند که وجود غبار سرد را تایید می‌کند. هم‌چنین نشان می‌دهد که غبار سرد در مکان‌های مختلفی در کهکشان و با پراکندگی مختلفی قرار دارند. در آینده می‌توان برخی از کهکشانهای غباری سرد را که در کاتالوگ‌های کهکشانهای نزدیک وجود دارند با تلسکوپ‌های زیرمیلی‌متری مساحی کرد تا ویژگی‌های درخشندگی آن‌ها را بادقت بررسی کرد.
شکل ۴. سمت چپ: توزیع طیف انرژی کهکشان NGC 5701. سمت راست: نقشه‌ی ۲۵۰ میکرومتری این کهکشان. در این مثال، تابش زیرمیلی‌متری در یک حلقه‌ی گرد و غباری به دور بخش اصلی ستاره‌ای ایجاد می‌شود. تشدید تابش در سمت جنوب غربی هسته‌ی کهکشان ناشی از حضور کهکشان پس‌زمینه در انتقال‌به‌سرخ ۰.۰۴ است.
تحلیل داده‌های ۳۵۰ میکرومتری پلانک به وضوح نشان می‌دهند که کهکشانهایی که توزیع طیف انرژیشان به یک مؤلفه‌ی غباری سرد نیاز دارد، از کهکشانهای عادی بزرگترند و روشنایی سطحی نور ستاره‌ای آن‌ها کم‌تر است. این پدیده با دو ماموریت پلانک و هرشل با حساسیت بالا قابل مشاهده است.
(۱) submilimeter
(۲) Planck
(۳) Herschel
عنوان اصلی مقاله: Cold Galaxies
نویسندگان: Michael Rowan-Robinson, David L. Clements
این مقاله برای چاپ به نشریه‌ی MNRAS فرستاده شده است.
لینک مقالهی اصلی: http://arxiv.org/abs/1507.08778
گردآوری: آزاده کیوانی
