میانگین آهنگ ستاره‌زایی کهکشان‌ها حدود ۱۰ میلیارد سال پیش (انتقال‌به‌سرخ ۲–۳) در اوج بوده و از آن زمان تاکنون کاهش پیدا کرده است. بنابراین بیشتر جرم ستاره‌ای که در کهکشان‌های امروزی می‌بینیم در آن دوران شکل گرفته است. برای بهتر فهمیدن تحول کهکشان‌ها در طول زمان کیهانی، باید فرآیندهایی را که موجب ستاره‌زایی و رشد سیاهچاله‌ها می‌شوند مطالعه کنیم. با این حال، بررسی جزئیات کهکشان‌های ۱۰ میلیارد سال پیش با ابزارهای کنونی کاری بسیار دشوار است. به همین علت، به جای رصد کهکشان‌های دور، منجمان کهکشان‌های نزدیکی را که ویژگی‌های مشابه کهکشان‌های معمول در دوران اوج ستاره‌زایی کیهانی دارند مطالعه می‌کنند. بررسی این کهکشان‌ها اطلاعات ارزشمندی درباره‌ی رشد کهکشان‌ها در زمان‌های اولیهی کیهان می‌دهد.
شکل ۱: تصاویر چهار کهکشان نخودفرنگی بررسی شده در این مقاله. این تصاویر ۱۵ در ۱۵ ثانیه‌ی قوسی هستند.
دسته‌ای از کهکشان‌های نزدیک که نمونه‌های مشابه خوبی برای کهکشان‌های دوران اوج ستاره‌زایی هستند، کهکشان‌هایی هستند که به آن‌ها «نخودفرنگی» گفته می‌شود. علت این نام‌گذاری این بوده که این کهکشان‌ها که اولین بار در طی پروژه‌ی علوم شهروندی «باغ‌وحش کهکشان‌ها» کشف شدند، در داده‌های کاتالوگ SDSS ظاهری بسیار کوچک و فشرده و سبز رنگ داشتند. از ویژگی‌های فیزیکی این کهکشان‌ها جرم کم ولی آهنگ ستاره‌زایی بسیار زیاد آن‌هاست، به طوری که اگر آهنگ ستاره‌زایی‌شان را ادامه دهند در طی ۱۰۰ میلیون سال جرم ستاره‌ایشان را می‌توانند دو برابر افزایش دهند. ستاره‌زایی شدید این کهکشان‌ها موجب به وجود آمدن خطوط نشری بسیار قوی در طیفشان می‌شود. به طور خاص، خط نشری اکسیژن دو بار یونیزه ([OIII]) در طول‌موج ۵۰۰۷ آنگستروم در طیف این کهکشان‌ها بسیار پرنور است. علت رنگ سبز این کهکشان‌ها در تصاویر رنگی gri کاتالوگ SDSS نیز این خط نشری بسیار پرنور است که در فیلتر r قرار می‌گیرد. کهکشان‌های نخودفرنگی در انتقال‌به‌سرخ ۰.۲ تا ۰.۳ قرار دارند که علت اندازه کوچکشان در تصاویر SDSS است. ستاره‌زایی بسیار زیاد کهکشان‌های نخودفرنگی آن‌ها را بسیار متفاوت از کهکشان‌های محلی می‌کند، اما همین ویژگی باعث می‌شود که مشابه کهکشان‌هایی باشند که در گذشته‌ی کیهان (در دوران اوج ستاره‌زایی) وجود داشته‌اند. همچنین، اندازه، چگالی الکترونی، فراوانی فلزی، و پارامتر یونش آن‌ها نیز بسیار شبیه کهکشان‌های آن دوران است. در این مقاله، چهار کهکشان نخودفرنگی بررسی شده است که تصاویر آن‌ها را در شکل ۱ می‌بینید. مولفان مقاله با استفاده از ابزار SWIFT و اپتیک سازگار PALM3K بر روی تلسکوپ هِیل در پالومار داده‌های طیف‌سنجی میدان انتگرالی از این چهار کهکشان تهیه کرده‌اند تا بتوانند نقشه‌های تفکیک شده از آهنگ ستاره‌زایی و سایر ویژگی‌های این کهکشان‌ها تهیه کنند (در طیف‌سنجی معمولی فقط می‌توان کمیت‌های میانگین در کل کهکشان را اندازه‌گیری کرد). نقشه‌های تفکیک‌شده‌ی خط نشری هیدروژن–آلفا (طول موج ۶۵۶۵ آنگستروم) در شکل ۲ نشان داده شده است. مولفان همچنین نقشه‌های سرعت پخشی، فراوانی فلزی، و چگالی الکترونی این چهار کهکشان را تهیه کرده‌اند.
شکل ۲: نقشه‌های هیدروژن-آلفا برای چهار کهکشان بررسی شده در این مقاله. دو کهکشان بالایی نشانه‌هایی از برخورد اخیر کهکشانی دارند.
همان‌طور که در شکل ۲ دیده می‌شود، دو کهکشان بالایی دچار اختلال ریخت‌شناسی شده‌اند که نشان می‌دهد این دو کهکشان در گذشته برخورد کهکشانی داشته‌اند. کهکشان GP1 به نظر می‌رسد بازمانده‌ی یک برخورد اخیر باشد اما در نزدیکی GP2 یک همسایه‌ی کوچک دیده می‌شود. این برخوردها ممکن است علت ستاره‌زایی بالای این دو کهکشان باشند. اما در دو کهکشان دیگر GP4 و GP5 نشانه‌ای از برخورد دیده نمی‌شود، که نشان می‌دهد برخوردهای کهکشانی الزاما تنها علت ستاره‌زایی بالای کهکشان‌های نخودفرنگی نیستند. از روی نقشه‌های نسبت دو خط نشری نیتروژن یونیزه به هیدروژن–آلفا می‌توان فراوانی فلزی را اندازه‌گیری کرد که نشان می‌دهد همان‌طور که انتظار می‌رفت، این کهکشان‌ها فراوانی فلزی کمی (بین ۲۵ تا ۴۰ درصد فراوانی فلزی خورشیدی) دارند. هیچ نشانه‌ای از فعالیت هسته‌ی کهکشانی فعال (ناشی از سیاهچاله‌های ابرپرجرم مرکزی) در این کهکشان‌ها دیده نشده است، که نشان می‌دهد فعالیت‌های هسته‌ی کهکشانی با ستاره‌زایی در این کهکشان‌ها همخوان نیست. پژوهش‌های آینده مشابه این مقاله به ما نشان خواهند داد که فعالیت‌های هسته‌های کهکشانی فعال و برخوردهای کهکشانی چقدر در تحول کهکشان‌ها در طول کیهان تاثیرگذار بوده‌اند.
عنوان اصلی مقاله: Local analogues of high-redshift star-forming galaxies: integral field spectroscopy of green peas
نویسندگان: .E. Lofthouse; et al
این مقاله برای چاپ در نشریه‌ی MNRAS فرستاده شده است.
لینک مقاله‌ی اصلی: https://arxiv.org/abs/1701.07015v1
گردآوری: آیرین شیوایی
