ارتباط میان تشکیل ستاره‌ها و فعالیت هسته‌های کهکشانی

0 0 0 0

توسط مژگان آزادی , 11 آگوست 2014

شکل ۱: هسته‌ی فعال کهکشانی که از یک سیاهچاله‌ی سنگین در مرکز و یک قرص برافزایشی تشکیل شده است.

مطالعات صورت گرفته در چند دهه‌ی اخیر نشان می‌‌دهد که تقریبا در مرکز تمامی‌ کهکشان‌ها یک سیاهچاله‌ی ابرسنگین وجود دارد. فعالیت این سیاهچاله‌ها در برخی‌ از کهکشان‌ها باعث به‌وجود آمدن هسته‌ی کهکشانی فعال می‌‌شود. در هسته‌های فعال، گاز و ذرات غبار موجود در نواحی مرکزی کهکشان بر روی یک قرص برافزایشی به سمت سیاهچاله حرکت می‌‌کنند (شکل ١). با فرو افتادن ذرات در چاه پتانسیل سیاهچاله‌ی مرکزی انرژی بسیار زیادی آزاد می‌‌شود که می‌‌تواند تاثیر عمده‌ای بر تحولات کهکشان میزبان داشته باشد. قابل ذکر است که فرایندی که باعث فعالیت این هسته‌ها در برخی‌ از کهکشان‌ها و نه در تمامی‌ آنها می‌‌شود کماکان ناشناخته است.

بررسی‌‌های زیادی در مورد تاثیر هسته‌های کهکشانی فعال بر کهکشان میزبان آنها صورت گرفته است. از جمله موضوعات مورد توجه در این زمینه، تاثیر فعالیت هسته‌ها بر شکل گیری ستاره‌های جدید در کهکشان‌های میزبان آنها است. نتایج مطالعات اخیر، از تعداد بیشتر این هسته‌ها در کهکشان‌های  قرمز که ستاره‌زایی در آنها رو به خاموشی است خبر می‌‌داد. این بررسی‌‌ها فعالیت هسته‌ها را مسبب اصلی‌ کند شدن نرخ ستاره‌زایی در کهکشان‌های میزبان و گذار میزبان از کهکشان‌های آبی و ستاره زا به کهکشان‌های قرمز و خاموش می‌‌دانستند. در سناریوی مشترک تمامی‌ این مطالعات، هسته‌های فعال با مصرف گاز سرد موجود در کهکشان‌های میزبان خود، سوخت لازم برای ستاره زایی را مصرف می‌‌کنند و در شرایطی که فعالیت شدیدی داشته باشند با جت‌های رادیویی و تابش‌های خود باقی‌ گاز سرد را از نواحی مرکزی به سمت نواحی بیرون از کهکشان می‌‌رانند. اگر چه این اثرات شدید در بعضی‌ از کهکشان‌های میزبان هسته‌های فعال رخ می‌‌دهد، اما نحوه‌ی انتخاب نمونه‌های مورد بررسی‌ تاثیر عمده‌ای بر نتیجه گیری فوق دارد. مطالعات جدیدتر نشان می‌‌دهند که نتایج فوق می‌‌تواند صرفا به دلیل تعداد بیشتر کهکشان‌های رو به خاموشی در نمونه‌های مورد بررسی‌ باشد و در یک نمونه که شامل هر دو دسته کهکشان‌های ستاره‌زای جوان و کهکشان‌های پیر رو به خاموشی است نتایج متفاوتی می‌توان به دست آورد.

در این مقاله ما با در نظر گرفتن نمونه‌ای از کهکشان‌های میزبان هسته‌های فعال در بازه‌ی انتقال به سرخ ۰/۲ تا ۱/۲ به بررسی‌ رابطه‌ی نرخ ستاره‌زایی در کهکشان‌های میزبان و میزان فعالیت هسته‌ها می‌پردازیم. از آنجایی که بازه‌ی انتقال به سرخ در نظر گرفته‌ی ما شامل بازه‌ی زمانی‌ گسترده‌ای می‌‌شود و نحوه‌ی ارتباط ستاره‌زایی و فعالیت هسته در این بازه‌ی زمانی‌ ممکن است به صورت‌های مختلفی‌ صورت بگیرد، ما نمونه‌ی خود را در ۳ بازه‌ی انتقال به سرخ کوچکتر، ۰/۲ تا ۰/۵، ۰/۵ تا ۰/۸ و ۰/۸ تا ۱/۲ بررسی‌ می‌‌کنیم. هسته‌های فعال، طیف وسیعی از طول موج‌ها را در زمان فعالیتشان ساطع می‌‌کنند که بخش عمده‌ای از آنها ممکن است توسط گاز و ذرات غبار داخل کهکشان جذب شود. اما تابش پرتو ایکس این هسته‌ها به دلیل انرژی بسیار زیادش کمتر‌ توسط غبار محیط داخلی کهکشان جذب می‌‌شود و به همین دلیل معیار مناسبی برای تعیین میزان فعالیت هسته‌ها است. در این مقاله، ما کهکشان‌های میزبان هسته‌های فعال را با توجه به نرخ ستاره زاییشان به دو دسته‌ی کهکشان‌های ستاره زا و کهکشان‌های رو به خاموشی تقسیم می‌کنیم. شکل ٢ تغییرات نرخ ستاره زایی کهکشان میزبان را برحسب درخشندگی پرتو ایکس هسته‌ی فعال نمایش می‌‌دهد. نقاط آبی‌ رنگ، کهکشان‌های ستاره زا و نقاط قرمز رنگ، کهکشان‌های رو به خاموشی هستند؛ نقاط پر رنگ میانگین نرخ ستاره زایی را در بازه‌های درخشندگی پرتو ایکس هسته در هر یک از این مجموعه‌ها نشان می‌‌دهد. با توجه به اینکه میزان گاز سرد لازم برای تشکیل ستاره‌ها در کهکشان‌های سرخ و پیر، کمتر از کهکشان‌های جوان است، نرخ ستاره زایی در آنها به مراتب پایین تراز کهکشان های جوان است؛ این نکته را می‌توان به خوبی در شکل ٢ مشاهده کرد.

شکل ۲: تغییرات نرخ ستاره‌زایی نسبت به درخشندگی پرتو ایکس هسته‌ی مرکزی. کهکشان‌های جوان و ستاره‌زا با رنگ آبی‌ و کهکشان‌های رو به خاموشی با رنگ قرمز نمایش داده شده‌اند. در محور افقی درخشندگی پرتو ایکس و در محور عمودی نرخ ستاره‌زایی کهکشان‌ها نشان داده شده است.

 بررسی ما نشان می‌دهد که در هر دو مجموعه  کهکشان‌های جوان و کهکشان‌های پیر به ازای یک هسته با درخشندگی ثابت، طیف وسیعی از نرخ ستاره زایی داریم. به عبارت دیگر این هسته‌ها شانس فعالیت در کهکشان‌های مختلف با نرخ ستاره‌زایی متفاوت را دارند. بررسی‌ نقاط آبی‌ تیره نشان می‌دهد که اگرچه افت و خیزهایی جزیی در نرخ ستاره‌زایی با افزایش درخشندگی‌ پرتو ایکس هسته صورت می‌‌گیرد، اما به‌طورکلی میزان فعالیت هسته، تاثیری بر نرخ ستاره زایی در کهکشان‌های ستاره زا ندارد؛ این مساله در هر سه‌ بازه‌ی انتقال به سرخ برقرار است.

بررسی‌ نقاط قرمز تیره نشان می‌‌دهد که در بازه‌ی انتقال به سرخ اول، یعنی ۰/۲ تا ۰/۵، باافزایش شدّت تابش اشعه‌ی ایکس هسته‌ی مرکزی، نرخ ستاره‌زایی نیز افزایش می‌‌یابد. اما این ارتباط در بازه‌های انتقال به سرخ بالاتر وجود ندارد. به عبارت دیگر در کهکشان‌های میزبان پیر و رو به خاموشی در انتقال به سرخ بالاتر از ٠/۵، فعالیت هسته‌ی مرکزی تاثیر مستقیم بر میزان تشکیل ستاره‌ها ندارد. البته بررسی‌‌های دقیقتر ما نشان می‌‌دهد که ارتباط یافت شده در بازه‌ی اول در کهکشان‌های سرخ رنگ نیز نمی‌‌تواند از اهمیت چندانی برخوردار باشد، چرا که در روش دیگری که ما اثر جرم سیاهچاله را در نظر می‌‌گیریم و ارتباط نرخ ستاره‌زایی را با فعالیت سیاهچاله در واحد جرم آن بررسی‌ می‌‌کنیم هیچ ارتباط مستقیمی بین ستاره‌زایی و فعالیت هسته در کهکشان‌های قرمز نمی‌‌بینیم. این بدین معنی است که ارتباط نشان داده شده در نقاط قرمز رنگ در بازه‌ی اول شکل ٢ می‌تواند از تاثیر جرم سیاهچاله‌ها بر میزان درخشندگی آنها به دست آمده باشد.

آنچه که نتایج ما در این مقاله به خوبی‌ نشان می‌‌دهد، عدم وابستگی فعالیت هسته‌ی مرکزی با نرخ تشکیل ستاره‌ها در کهکشان‌های میزبان هسته‌ها است که برای هر دو دسته‌ی کهکشان‌های رو به خاموشی و کهکشان‌های جوان در بازه‌ی زمانی‌ بسیار طولانی از عمر کیهان صدق می‌کند. البته ارتباط این دو مولفه ممکن است به شکل‌های غیرمستقیم همانند داشتن منبع سوخت یکسان صورت بگیرد. این منبع سوخت می‌تواند طی فرآیندهای مختلفی‌ فراهم شود که از جمله‌ی آنها می‌توان به ادغام دو کهکشان باهم، ناپایداری دیسک‌های کهکشانی، و گشتاور ناشی‌ از میله‌های کهکشانی اشاره کرد. تمامی این فرآیندها منجر به حرکت گاز سرد از شعاع‌های دورتر به سمت نواحی مرکزی کهکشان می‌شوند. از آنجایی که نمونه‌ی مورد بررسی‌ ما شامل هسته‌های با سطح فعالیت متوسط است، ناپایداری دیسک و تاثیر میله‌های کهکشانی گزینه‌های مناسبتری برای سوخت‌رسانی محسوب می‌شوند. تحت تاثیر این فرآیندها گاز سرد با حرکت به سمت مرکز کهکشان سوخت لازم برای تشکیل ستاره‌های جوان و همچنین فعالیت هسته‌ی مرکزی را فراهم می‌کند. اما در شرایطی که هسته‌های فعال از انرژی بسیاربالایی برخوردار باشند، درخشندگی پرتو ایکس بالاتری دارند و در این شرایط ادغام دو کهکشان جوان می تواند گزینه‌ی مناسبی برای فراهم آوردن سوخت لازم برای فعالیت هسته‌ها باشد.