مطالعه‌ی فضای اطراف کهکشان‌ها جزییاتی درباره‌ی دو فرایند فیزیکی اصلی در چگونگی پیدایش و تکامل کهکشان‌ها به دست می‌دهد. فرایند اول، چگونگی برافزایش گاز‌ها(۱) است که سوخت لازم برای ستاره‌زایی هستند و دیگری، بازخورد(۲) حاصل از آن. بنابراین درک نحوه‌ی توزیع فضایی و دینامیک فضای اطراف کهکشان‌های دور، اهمیت بسزایی در تست مدل‌های تئوری کنونی پیدایش کهکشان‌ها دارد.
در این مقاله، برای مطالعه‌ی فضای اطراف کهکشانی از نشر پخشی لیمان-آلفا، یا همان هاله‌ی لیمان-آلفا، در کهکشان‌های دور استفاده شده است. باوجود پیشرفت‌های بسیار در مشاهده‌ی هاله‌ی لیمان-آلفا در اطراف کهکشان‌های دور و نزدیک، منبع اصلی تولید این هاله‌های گسترده به درستی مشخص نیست. یکی از دلایل وجود این هاله‌ها ممکن است ستاره‌زایی در کهکشان میزان باشد که فوتون‌های لیمان-آلفا تولید و در فضا پراکنده می‌کند. از دیگر دلایل می‌توان به ستاره‌زایی بسیار کم ولی گسترده تا نواحی بیرونی کهکشان اشاره کرد و هم‌چنین تابش خنک‌کننده‌ی ناشی از جریان گازهای ورودی به کهکشان (که از برخورد گرم شده‌اند) در فواصل دور از مرکز کهکشان که نمی‌توان آن‌ها را در امواج فروسرخ و فرابنفش ثبت کرد.
کهکشان‌های مورد مطالعه در این تحقیق، از دو ناحیه‌ی بیش‌چگال(۳) در آسمان و در انتقال‌به‌سرخ‌های ۳.۷۸ و ۲.۶۶ انتخاب شده‌اند. تصویر بالای صفحه نحوه‌ی توزیع مکانی کهکشان‌های ستاره‌زا را در این دو ناحیه (راست و چپ) نشان می‌دهد. این نحوه‌ی توزیع کهکشان‌ها برای محاسبه‌ی میزان بیش‌چگالی در این نواحی استفاده می‌شود. این دو ناحیه در سه فیلتر عریض (پهنای زیاد) و یک فیلتر کم‌عرض (پهنای کم) مرئی مشاهده شده‌اند. فیلتر کم‌عرض با توجه به انتقال‌به‌سرخ کهکشان‌های هر ناحیه به گونه‌ای انتخاب شده است که خط نشری لیمان-آلفا را پوشش دهد. کهکشان‌های ستاره‌زا آن‌هایی هستند که نسبت روشنایی در فیلتر کم‌عرض به عریض آن‌ها زیاد باشد که این موضوع نشانگر نشر بیشتر لیمان-آلفا در آن‌ها است. از آنجا که هدف اصلی در این مقاله، مطالعه‌ی هاله‌ی لیمان-آلفا است و به دلیل این‌که روشنایی سطحی مورد انتظار از هاله‌ی لیمان-آلفا در اکثر کهکشان‌ها کمتر از حساسیت رصدها است، نویسندگان این مقاله با ترکیب مشاهدات صدها کهکشان ستاره‌زا، متوسط توزیع نوری آن‌ها را بررسی می‌کنند.
تصویر ۱: از چپ به راست، متوسط توزیع تابش لیمان-آلفا، تابش در فیلتر کم‌عرض، تابش در فیلتر عریض و حاوی لیمان-آلفا و تابش در فیلتر عریض بدون لیمان-آلفا را برای کهکشان‌های ستاره‌زا در ناحیه‌ی اول (در انتقال به سرخ ۳.۷۸، بالای تصویر) و ناحیه‌ی دوم (در انتقال به سرخ ۲.۶۶، پایین تصویر).
همان‌طور که تصویر ۱ به وضوح نشان می‌دهد، توزیع تابش لیمان-آلفا تا شعاع بیشتری نسبت به تابش فرابنفش (فیلتر عریض بدون لیمان-آلفا) امتداد می‌یابد که مؤید حضور هاله‌ی لیمان-آلفا در کهکشان‌های ستاره‌زا در انتقال‌به‌سرخ‌های بالاست. در این تحقیق، ابعاد هاله‌ی لیمان-آلفا بین ۴ تا ۸ کیلوپارسک اندازه‌گیری شده است. این مقاله با ترکیب توزیع نوری کهکشان‌ها با ویژگی های مختلف از جمله تابش فرابنفش، تابش لیمان-آلفا، پهنای-هم‌عرض(۴) لیمان-آلفا و چگالی محیط، رابطهی ابعاد هاله‌ی لیمان-آلفا را با هر یک از این ویژگی‌ها بررسی کرده و نشان می‌دهد هیچ رابطه‌ای بین ابعاد هاله‌ی لیمان-آلفا و چگالی محیط وجود ندارد. نویسندگان این مقاله هم‌چنین نشان می‌دهند که قوی‌ترین رابطهی موجود بین ابعاد هاله‌ی لیمان-آلفا و تابش فرابنفش است و سایر روابط که ضعیف‌تر هستند از این رابطهی اصلی‌تر نشأت می‌گیرند. با مقایسه‌ی توزیع تابش هاله‌ی لیمان-آلفای حاصل از مشاهدات و پیش‌بینی‌های تئوری اخیر، این تحقیق به این نتیجه می‌رسد که، مدل ساده‌ای که در آن فوتون‌های لیمان-آلفا در اثر ستاره‌زایی مرکزی تولید شده و سپس در فضای توده‌ای‌شکل(۵) بیرون‌رونده پراکنده و تشدید می‌شوند، با مشاهدات سازگار است. سایر فرایند‌های ممکن برای تولید هاله‌ی لیمان-آلفا در بیشترین حالت می‌توانند عامل میزان ناچیزی از هاله‌ی لیمان-آلفا باشند.
(۱) gas accretion
(۲) feedback
(۳) overdense
(۴) equivalent width
(۵) clumpy outflowing medium
عنوان اصلی مقاله: The Sizes of Diffuse Lyman-alpha Nebulae around Star-Forming Galaxies at High Redshift
نویسندگان:. Rui Xue, Kyoung-Soo Lee, Arjun Dey et al
این مقاله برای چاپ در نشریه‌ی ApJ فرستاده شده است.
لینک مقاله‌ی اصلی: https://arxiv.org/pdf/1611.03510.pdf
گردآوری: شوبانه همتی
