کشف یک کهکشان فوق‌العاده کوچک که پر از «مادۀ تاریک» است

فرادید| تشیص تفاوت بین یک «کهکشان» و یک «خوشه ستاره‌ای» ساده است، نه؟ کهکشان مجموعه‌ای بزرگ از میلیون‌ها یا میلیاردها ستاره است، در حالی که خوشه‌های ستاره‌ای معمولاً تنها چند هزار ستاره دارند. واقعیت اینست که مرز بین یک کهکشان و یک خوشه ستاره‌ای همیشه روشن نیست. نمونه‌اش جرم موسوم به UMa3/U1 است. 

به گزارش فرادید، تشخیص کهکشان‌هایی مانند آندرومِدا و راه شیری آسان است؛ این اجرام بزرگ از دید گرانشی پیوسته و دارای مقدار زیادی ماده تاریک هستند. از سوی دیگر، خوشه‌هایی مانند خوشه پروین نیز به‌راحتی قابل شناسایی هستند؛ آن‌ها گروه‌های ستاره‌ای کم‌جرم و بدون ماده تاریک هستند. اما در مورد نوعی کهکشان کوتوله کوچک به نام «کوتوله‌های بسیار کم‌نور» (Ultra-Faint Dwarfs/UFD)، این مرز چندان روشن نیست. 

UFDها به شدت تحت سلطه ماده تاریک هستند. برای نمونه، حدود ۸۵٪ جرم کهکشان راه شیری را ماده تاریک تشکیل می‌دهد. در حالی که یک کهکشان کوتوله‌ی بسیار کم‌نور ممکن است هزار برابر بیشتر از ماده درخشان، ماده تاریک داشته باشد. به همین دلیل آن‌ها بسیار کم‌نور هستند. از آنجا کهUFDها اغلب حاوی کهن‌ترین ستارگان جهان هستند، ستاره‌شناسان علاقه زیادی به مطالعه آن‌ها دارند تا سرنخ‌هایی درباره منشأ کهکشان‌ها به دست آورند و این علاقه ما را به UMa3/U1 می‌رساند. 

حتی نام این جرم نیز نشان می‌دهد در مورد ماهیت آن اختلاف نظر وجود دارد. اگر این جرم به‌راستی یک کهکشان کوتوله باشد، باید «دب اکبر ۳» (Ursa Major III) نامیده شود، زیرا یک کهکشان ماهواره‌ای در صورت‌فلکی دب‌اکبر است. اما اگر یک خوشه ستاره‌ای باستانی باشد، نام آن باید UNIONS ۱ باشد، چون توسط پروژهUNIONS (پیمایش نوری، فرابنفش و فروسرخ نزدیک آسمان شمالی) کشف شده است. اگر این جرم یک کهکشان باشد، آنگاه کوچک‌ترین و پرماده‌تاریک‌ترین کهکشانی است که تاکنون کشف شده است. اما اگر یک خوشه ستاره‌ای باشد، با حدود ۱۱ میلیارد سال قدمت، کهن‌ترین خوشه‌ای است که تاکنون شناسایی شده است. 

UMa3/U1 بسیار کوچک است. قطر آن تنها ۲۰ سال نوری است، فقط حدود ۶۰ ستاره دارد و جرم مرئی آن معادل ۱۶ جرم خورشیدی است. در مقایسه، خوشه پروین قطر مشابهی دارد، اما بیش از ۱۰۰۰ ستاره و جرمی معادل ۸۰۰ خورشید دارد. بنابراین، پرسش واقعی درباره UMa3/U1 اینست که آیا این جرم تحت سلطه ماده تاریک قرار دارد یا نه؟ 

در یک پژوهش جدید، تیم تحقیقاتی چند آزمایش انجام داد تا بتواند بین خوشه ستاره‌ای و کهکشان کوتوله تفاوت قائل شود. نخستین روش، بررسی دینامیک ستارگان مرئی با این فرض بود که این جرم یک خوشه ستاره‌ای است. بر اساس حرکت‌های شناخته‌شده ستارگان، آن‌ها شبیه‌سازی کردند که چقدر طول می‌کشد تا ستارگان از گرانش خوشه فرار کنند؛ فرآیندی که به «تبخیر» معروف است. شبیه‌سازی‌ها نشان داد خوشه می‌تواند برای ۲ تا ۳ میلیارد سال دیگر پایدار بماند. این مقدار قابل‌توجهی از سن تخمینی ۱۱ میلیاردساله آنست که نشان می‌دهد U۱ احتمالاً یک خوشه ستاره‌ای پایدار است. 

آزمایش دوم، بررسی «تابع جرم» است؛ نموداری که نحوه توزیع جرم خوشه را با فاصله نشان می‌دهد. اگر خوشه باشد، جرم باید به‌شکل یکنواخت‌تری توزیع شده باشد؛ اما اگر کهکشان باشد، ستارگان باید به‌سمت مرکز متمرکز باشند. اینجا، قطعیت داده‌ها کمتر است. توزیع ستارگان مرئی به‌خوبی با مدل خوشه مطابقت دارد، اما اگر کهکشان باشد، ستارگان مرکزی عمدتاً کوتوله‌های سفید یا ستارگان نوترونی خواهند بود که با ابزار فعلی بسیار کم‌نور و غیرقابل تشخیص هستند. 

رویهم‌رفته شواهد نشان می‌دهدUMa3/U1 احتمالاً یک خوشه ستاره‌ای است، اما تیم پژوهشی تأکید دارد برای دستیابی به نتیجه قطعی باید مشاهدات بیشتری از سایرUFDها انجام شود. خوشبختانه، تلسکوپ‌های آینده مانند رصدخانه وِرا روبین قرارست در آینده نزدیک شمار زیادی از کهکشان‌های کوتوله کم‌نور دیگر را کشف کنند.

مترجم: زهرا ذوالقدر