کشف سیاهچاله‌ی اَبَرپرجرم در مرکز کهکشان کوتوله‌ی فرافشرده

0 0 0 0

توسط آیرین شیوایی , 22 سپتامبر 2014

کهکشان‌های کوتوله‌ی فرافشرده^۱ از چگال‌ترین اجرام کیهان ما هستند. این مجموعه‌ها جرمی حدود ۲ در ^۱۰ ۱۰ جرم خورشیدی دارند، درحالی که شعاع موثر آن‌ها (شعاع فاصله‌ای از مرکز کهکشان که درخشندگی آن نیمی از درخشندگی کل است) بین ۳ تا ۵۰ پارسک است. اندازه‌گیری جرم دینامیکی این کهکشان‌ها نشان می‌دهد که جرم آن‌ها بسیار بیشتر از میزانی است که از درخشندگی ستاره‌هایشان انتظار می‌رود. دو احتمال اصلی برای توضیح این جرم زیاد وجود دارد: ممکن است سیاهچاله‌ی ابرپرجرمی در مرکز این کهکشان‌ها وجود داشته باشد، یا آنکه پیش‌فرض ما درباره‌ی نسبت جرم به درخشندگی این کهکشان‌ها اشتباه باشد.

تصویر ۱: با رصد خطوط طیفی کهکشان می‌توان به سرعت چرخش ستاره‌های آن پی برد. بخشی از کهکشان که به ما نزدیک می‌شود انتقال به آبی و بخشی که دور می‌شود انتقال به سرخ پیدا می‌کند (اثر دوپلر). با اندازه‌گیری این پهن‌شدگی خطوط طیفی می‌توان به سرعت چرخش و در نتیجه به جرم دینامیکی کهکشان پی برد.

جرم دینامیکی یک کهکشان با رصد پراکندگی سرعت شعاعی ستاره‌های آن اندازه‌گیری می‌شود. همان‌طور که در تصویر ۱ می‌بینید، با کمک اثر دوپلر ناشی از گردش ستاره‌ها به گرد مرکز کهکشان می‌توان به سرعت گردش پی برد و از آن طریق جرم دینامیکی کهکشان را تخمین زد. در این مقاله، منجمان با استفاده از طیف‌سنج تلسکوپ جمینی شمالی، و البته با کمک اپتیک سازگار، توانسته‌اند داده‌های فضایی دقیقی از گردش ستاره‌های یک کهکشان کوتوله‌ی فرافشرده تهیه کنند. این کهکشان که M۶۰-UCD۱ نام دارد، درخشان‌ترین کهکشان کوتوله‌ی فرافشرده‌ی شناخته شده است و در فاصله‌ی ۶/۶ کیلوپارسکی از مرکز کهکشان بیضوی پرجرم M۶۰ قرار دارد (منظور فاصله تصویر شده‌ی عمود بر راستای دید است، تصویر ۲ را ببینید). فاصله‌ی M۶۰-UCD۱ از ما ۱۶/۵ میلیون پارسک است و شعاع موثر آن ۲۴ پارسک است. نویسندگان این مقاله با استفاده از خط جذبی دی‌اکسیدکربن در طول موج ۲/۳ میکرومتر، حرکت ستاره‌ها را در بسیاری از نقاط این کهکشان اندازه‌گیری کرده‌اند. نتایج این اندازه‌گیری را در تصویر شماره ۳ می‌بینید.

تصویر ۲: تصویر تلسکوپ فضایی هابل از مجموعه M۶۰ و کوتوله‌ی فرافشرده‌ی M۶۰-UCD۱. تصویر b تصویر بزرگنمایی شده از کهکشان کوتوله است.

نقشه‌های سینماتیک ستاره‌ها، مانند تصویر ۳، کمک می‌کند تا پراکندگی جرم را در کهکشان بشناسیم. در تصویر ۳، چرخش به خوبی دیده می‌شود. رنگ قرمز نقاطی را که در حال دور شدن هستند نشان می‌دهند و رنگ آبی مناطقی را که نزدیک می‌شوند. همان‌طور که می‌بینید در فاصله‌ی کمی از مرکز کهکشان یک قله افزایش سرعت دیده می‌شود (منطقه‌ای در اطراف مرکز که با آبی تیره و قرمز تیره نشان داده شده است) که با فاصله گرفتن از مرکز سرعت چرخشش مجددا کم می‌شود. شکل پایینی تصویر ۳ شبیه‌سازی این کهکشان را نشان می‌دهد. دقیق‌ترین شبیه‌سازی که با داده‌های رصدی بیشترین تطابق را دارد، مدلی است که یک سیاهچاله‌ی ابرپرجرم در مرکز کهکشان وجود دارد که قله‌ی افزایش سرعت مرکز کهکشان را به وجود می‌آورد. با ترکیب این داده‌ها با تصاویر تلسکوپ فضایی هابل جرم سیاهچاله برابر ۲/۱ در ^۷ ۱۰ جرم خورشیدی تخمین زده شده است. جرم ستاره‌ای کهکشان، از روی درخشندگی کهکشان حدود ۱/۲ در  ^۸ ۱۰ جرم خورشیدی محاسبه شده است. به این ترتیب سیاهچاله ۱۵٪ کل جرم کهکشان را شامل می‌شود.

تصویر ۳: اندازه‌گیری‌های سرعت شعاعی کهکشان کوتوله. تصویر پایین شبیه‌سازی با سیاهچاله‌ی ابرپرجرم مرکزی را نشان می‌دهد که بیشترین تطابق را با داده‌های رصدی (تصویر بالایی) دارد.

کهکشان‌های کوتوله‌ی فرافشرده تصور می‌شوند که یا خوشه‌های ستاره‌ای کروی بسیار پرجرم باشند و یا آنکه هسته‌ی کهکشان‌های بزرگتری باشند که از کهکشان‌ اصلی جدا شده‌اند. سیاهچاله‌ی ابرپرجرم مرکز این کهکشان دلیلی قوی بر این نظریه است که M۶۰-UCD۱ هسته‌ی جداشده‌ی یک کهکشان بزرگتر باشد. شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که احتمالا جد این کهکشان کوتوله، کهکشان بیضوی نسبتا کم‌جرمی بوده که توسط کهکشان بیضوی پرجرم M۶۰ بلعیده شده است و M۶۰-UCD۱ با سیاهچاله‌ی ابرپرجرمش از آن به جا مانده است. M۶۰-UCD۱ اولین کهکشان فرافشرده‌ای است که به طور مجزا آثاری از هسته‌ی به جامانده از یک کهکشان بلیعیده شده در آن رصد شده است.

خوشه‌ی کهکشانی کوره یکی از مکان‌هایی است که کهکشان‌های کوتوله‌ی فرافشرده‌ی زیادی در آن وجود دارد که احتمالا میزبان سیاهچاله‌های ابرپرجرم هستند. گروه نویسندگان این مقاله برنامه دارند که چهار کهکشان فرافشرده‌ی دیگر را در گروه محلی با همین روش رصد کنند. البته چنین رصدهایی حتی برای کهکشان‌های فرافشرده‌ی بسیار درخشان نیز چالش‌برانگیز و دشوار است.

تصویر بالای این صفحه تصوری هنری از این سیاهچاله‌ی ابرپرجرم است. تصویر متعلق به ناسا و اِسا است.