تصویر ۱: نمونه‌ای از تابش ذرات غباری PAH در طول‌موج‌های فروسرخ میانه (شدت تابش بر حسب طول‌موج رسم شده است). تابش ۷.۷ میکرون شدیدترین تابش این ذرات است. Credit: NASA/JPL-Caltech/L. Yan (SSC/Caltech)
محیط میان‌ستاره‌ای در کهکشان‌ها از ذرات گاز و غبار تشکیل شده است. غبار، ذرات جامد ریزی با اندازه‌های کوچکتر از ۱ میکرون است که در بادهای ستاره‌ای ستاره‌های پرجرم و انفجارهای ابرنواختری به وجود می‌آید. ذرات غبار اهمیت زیادی در فیزیک محیط میان‌ستاره‌ای دارند: سطح ذرات غبار محل شکل‌گیری ملکول‌ها (مانند ملکول هیدروژن) می‌تواند باشد، ذرات غبار بار الکتریکی سحابی را حمل می‌کنند، و همچنین در فرآیندهای گرمایش و سرمایش سحابی نقش بسزایی دارند. با وجود اهمیت زیاد ذرات غبار، دانش ما درباره‌ی ویژگی‌های آن‌ها، از جمله اندازه و ترکیبات شیمایی‌شان، دمایشان، و توزیعشان در مقایسه با مکان ستاره‌ها، بسیار ناچیز است. بخش اعظمی از دانش ما به راه شیری و کهکشان‌های نزدیک برمی‌گردد. منجمان معمولا نتایج کهکشان‌های نزدیک را به کهکشان‌های دورتر تعمیم می‌دهند، چرا که کهکشان‌های دورتر کم‌نورتر و کوچکتر هستند و رصد آن‌ها احتیاج به ابزارهای حساس‌تر و نوردهی‌های بیشتر دارد.
در این مقاله، من و همکارانم به بررسی تابش ناشی از یکی از انواع ذرات غبار به نام ملکولهای «هیدروکربن آروماتیک چندحلقه‌ای»(۱) یا PAH پرداخته‌ایم. این ذرات در ناحیه‌ی فروسرخ میانه(۲) تابش می‌کنند. بیشینه‌ی این تابش‌ها در طول‌موج ۷.۷ میکرون است که در انتقال‌به‌سرخ ۲، بر اثر سرخ‌گرایی، به طول موج حدود ۲۴ میکرون منتقل می‌شود (تصویر ۱). تلسکوپ فضایی اِسپیتزر فیلتری در طول‌موج ۲۴ میکرون دارد که برای رصد کردن این تابش از کهکشان‌های دوردست در انتقال‌به‌سرخ‌های ۱.۵ تا ۲.۵ بسیار مناسب است. ما از این فیلتر استفاده کرده‌ایم تا تابش این مولکول‌ها را در محیط‌های میان‌ستاره‌ای متفاوت، با فراوانی‌های فلزی گوناگون (فراوانی عناصر سنگین‌تر از هیدروژن و هلیوم)، بررسی کنیم.
تصویر ۲: وابستگی شدت تابش ذرات غبار PAH (محور عمودی) بر فراوانی فلزی (محور افقی) در کهکشان‌ها در انتقال‌به‌سرخ حدود ۲. نشانه‌های نارنجی، میانگین کمیت‌ها را نشان می‌دهند. بر اساس این نمودار، فراوانی ذرات غبار PAH در کهکشان‌های کم‌فلز بسیار کمتر است.
در تصویر ۲، شدت تابش ۷.۷ میکرون را (محور عمودی) بر حسب فراوانی فلزی (محور افقی) می‌بینید. همان‌طور که مشخص است، شدت تابش ۷.۷ میکرون به فراوانی فلزی کهکشان‌ها وابسته است. علت این وابستگی ممکن است از بین رفتن ملکولهای PAH توسط فوتون‌های پرانرژی در فراوانی فلزی کم باشد؛ چراکه در محیط‌های کم‌فلز شدت تابش فوتون‌های پرانرژی و یونیزه کننده بیشتر است. علت شدت کم تابش این ذرات غبار در فراوانی‌های فلزی کم همچنین ممکن است به علت کم بودن فراوانی عنصر کربن باشد. تصور می‌شود که یکی از منابع اصلی شکل‌گیری ملکولهای PAH ستاره‌های شاخه‌ی غولی مجانبی(۳) باشند. در این صورت انتظار می‌رود که فراوانی این ذرات غبار در کهکشان‌هایی که جمعیت ستاره‌ای جوانی دارند کمتر باشد، چرا که حدود ۴۰۰ میلیون سال زمان لازم است تا اولین ستاره‌های شاخه‌ی غولی مجانبی به وجود بیایند. کمبود ملکولهای PAH در کهکشان‌های جوان در داده‌های ما نیز دیده شده است.
روابطی که تا پیش از این برای تخمین تابش کلی فروسرخ از روی تابش PAH در کهکشان‌های انتقال‌به‌سرخ ۲ استفاده می‌شده است، وابستگی تابش PAH را به فراوانی فلزی (و همچنین به جرم ستاره‌ای) نادیده گرفته‌اند. پژوهش ما نشان می‌دهد که این روابط فقط برای کهکشان‌های پرجرم و پرفلز صحیح هستند. این نتیجه پیامدهای مهمی برای اندازه‌گیری‌های پیشین تابش کلی فروسرخ و ستاره‌زایی در انتقال‌به‌سرخ ۲ دارد که در مقاله‌ی اصلی به جزئیات آن پرداخته شده است. این مقاله برای نخستین بار وابستگی شدت تابش PAH را به فراوانی فلزی، جرم ستاره‌ای، و سن کهکشان‌ها در انتقال‌به‌سرخ ۲ اندازه‌گیری و بررسی کرده است. داده‌های تلسکوپ‌های زمینی و فضایی آینده دانش ما را درباره‌ی این ملکول‌ها در انتقال‌به‌سرخ‌های دور بسیار افزایش خواهند داد.
(۱) Polycyclic Aromatic Hydrocarbon
(۲) mid-infrared
(۳) Asymptotic Giant Branch – AGB
تصویر بالای صفحه تصویری تزئینی از ملکولهای PAH و طیف تابش فروسرخ آن‌ها در سحابی Iris است. حق انتشار: NASA/ Ames/ C. Boersna
عنوان اصلی مقاله: THE MOSDEF SURVEY: METALLICITY DEPENDENCE OF THE PAH EMISSION AT HIGH REDSHIFT: IMPLICATIONS FOR 24 μm-INFERRED IR LUMINOSITIES AND STAR FORMATION RATES AT z ∼ ۲
نویسندگان: I. Shivaei, et al
این مقاله برای چاپ به نشریه‌ی ApJ فرستاده شده است.
لینک مقاله‌ی اصلی: http://arxiv.org/abs/1609.04814v1
گردآوری: آیرین شیوایی
[…] که پیشتر در مقاله‌های اسطرلاب نوشتیم (برای مثال اینجا، اینجا، اینجا، و اینجا) غبار میان‌ستاره‌ای یکی از […]
[…] موج حدود ۷.۷ میکرون می‌شوند (درباره‌ی این ملکول‌ها اینجا بیشتر بخوانید) و از طرف دیگر تابش بسیار ظعیفی در […]