دانشمندان دورترین کهکشان را کشف کردند، کهکشان HD1 ممکن است خانه قدیمی ترین ستاره های جهان باشد.

یک تیم بین المللی از ستاره شناسان، از جمله محققان در مرکز اخترفیزیک | دانشگاه هاروارد و اسمیتسونین دورترین جرم نجومی را مشاهده کرده اند: یک کهکشان، کهکشان HD1

این کهکشان با نام HD1 حدود 13.5 میلیارد سال نوری از ما فاصله دارد و امروز (7 آوریل 2022) در مجله Astrophysical اطلاعات تکمیلی آن شرح داده شده است. در مقاله ای که در مجله انجمن سلطنتی نجوم منتشر شده است، دانشمندان شروع به حدس و گمان دقیق درباره این کهکشان کرده اند.

این تیم دو ایده پیشنهاد می‌کند: کهکشان HD1 ممکن است با سرعت شگفت‌انگیزی ستاره‌ها را تشکیل دهد و احتمالاً حتی خانه ستارگان جمعیت III، اولین ستارگان جهان است – که تاکنون هرگز مشاهده نشده‌اند، باشد. از طرف دیگر، HD1 ممکن است حاوی یک سیاهچاله بسیار بزرگ با جرمی حدود 100 میلیون برابر خورشید ما باشد.

فابیو پاکوچی، نویسنده اصلی مطالعه MNRAS، یکی از نویسندگان مقاله در ApJ و ستاره شناس مرکز اخترفیزیک، می گوید:

پاسخ به سؤالاتی در مورد ماهیت یک منبع تا این حد می تواند چالش برانگیز باشد. این مانند حدس زدن ملیت یک کشتی از روی پرچمی است که برافراشته است، در حالی که بسیار دور و در وسط تند باد و مه غلیظ قرار دارد.

شاید بتوان برخی از رنگ ها و اشکال پرچم را دید، اما نه به طور کامل. این در نهایت یک بازی طولانی تحلیل و حذف سناریوهای غیرقابل قبول است.

کهکشان HD1 در نور ماوراء بنفش بسیار روشن است. برای توضیح این موضوع، پاکوچی می‌گوید:

برخی فرآیندهای انرژی در آنجا اتفاق می‌افتند یا بهتر است بگوییم میلیاردها سال پیش رخ داده‌اند.

در ابتدا، محققان تصور کردند که HD1 یک کهکشان ستاره‌دار استاندارد است، کهکشانی که با سرعت بالایی ستاره‌ها را ایجاد می‌کند. اما پس از محاسبه تعداد ستاره هایی که HD1 تولید می کرد، به «نرخ باورنکردنی» دست یافتند – کهشکان HD1 هر سال بیش از 100 ستاره را تشکیل می داد. این حداقل 10 برابر بیشتر از آن چیزی است که ما برای این کهکشان ها انتظار داریم.

این زمانی بود که تیم شروع به شک کرد که HD1 ممکن است ستاره های عادی و روزمره را تشکیل ندهد.

پاکوچی می‌گوید:

اولین جمعیت ستارگانی که در کیهان شکل گرفتند، پرجرم‌تر، درخشان‌تر و داغ‌تر از ستاره‌های امروزی بودند. اگر فرض کنیم ستارگان تولید شده در HD1 اولین یا همان ستارگان جمعیت III هستند، آنگاه می‌توان ویژگی‌های آن را راحت‌تر توضیح داد. در واقع، ستارگان جمعیت III قادر به تولید نور UV بیشتری نسبت به ستارگان معمولی هستند که می تواند درخشندگی فوق العاده فرابنفش HD1 را برای ما قابل درک کند.

با این حال، یک سیاه‌چاله بسیار پرجرم می‌تواند درخشندگی فوق‌العاده HD1 را نیز توضیح دهد. همانطور که مقدار زیادی گاز را می بلعد، فوتون های انرژی بالا ممکن است از ناحیه اطراف سیاهچاله ساطع شوند.

اگر اینطور باشد، این اولین سیاهچاله کلان پرجرم شناخته شده برای بشر خواهد بود که در مقایسه با رکورددار کنونی، در زمان بسیار نزدیکتر به انفجار بزرگ (big bang) مشاهده شده است.

آوی لوب، ستاره شناس مرکز اخترفیزیک و یکی از نویسندگان مطالعه MNRAS، می گوید:

HD1 نشان دهنده یک نوزاد غول پیکر در اتاق زایمان کیهان اولیه است.

کهکشان HD1 پس از بیش از 1200 ساعت رصد با تلسکوپ سوبارو، تلسکوپ VISTA، تلسکوپ مادون قرمز بریتانیا و تلسکوپ فضایی اسپیتزر کشف شد.

یوئیچی هاریکان، ستاره شناس دانشگاه توکیو که این کهکشان را کشف کرد، می گوید:

پیدا کردن HD1 از بین بیش از 700000 جرم، کار بسیار سختی بود. رنگ قرمز HD1 به طرز شگفت‌آوری با ویژگی‌های مورد انتظار یک کهکشان در فاصله 13.5 میلیارد سال نوری از ما مطابقت داشت، و وقتی آن را پیدا کردم کمی احساس ناراحتی کردم.

این تیم سپس مشاهدات بعدی را با استفاده از آرایه میلی‌متری/زیر میلی‌متری آتاکاما (ALMA) انجام داد تا فاصله‌ای را که ۱۰۰ میلیون سال نوری دورتر از GN-z11، رکورددار کنونی دورترین کهکشان، فاصله دارد، تأیید کند.

با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب، تیم تحقیقاتی به زودی بار دیگر کهشکان HD1 را رصد خواهند کرد تا فاصله آن از زمین را تأیید کنند. اگر محاسبات فعلی درست باشد، HD1 دورترین و قدیمی ترین کهکشانی خواهد بود که تاکنون ثبت شده است.

همین مشاهدات به تیم اجازه می‌دهد تا هویت HD1 را عمیق‌تر کند و تأیید کند که آیا نظریه‌های آنها درست است یا خیر.

لوب می‌گوید:

چند صد میلیون سال پس از انفجار بزرگ، سیاهچاله‌ای در HD1 باید با سرعتی بی‌سابقه از دانه‌ای عظیم رشد کرده باشد. بار دیگر، به نظر می رسد که طبیعت از ما تخیلی تر است.

منابع:

«جستجوی H-Dropout Lyman Break کهکشان ها در z~12-16» نوشته یویچی هاریکانه، آکیو کی اینوئه، کن ماواتری، تاکویا هاشیموتو، ساتوشی یاماناکا، یوشینوبو فوداموتو، هیروشی ماتسو، یویچی تامورا، پراتیکا دیال، ال. ی. آرون یونگ ، آن هاتر، فابیو پاکوچی، یوما سوگاهارا و آنتون ام. کوکموئر، 7 آوریل 2022، مجله Astrophysical.
DOI:
arXiv:2112.09141

“آیا منابع رها شده z~13 تازه کشف شده، کهکشان های انفجار ستاره ای هستند یا اختروش ها؟” توسط Fabio Pacucci، Pratika Dayal، Yuichi Harikane، Akio K. Inoue و Abraham Loeb، 7 آوریل 2022، .
DOI:
arXiv:2201.00823

درباره مرکز اخترفیزیک | هاروارد و اسمیتسونیان

مرکز اخترفیزیک | هاروارد و اسمیتسونیان همکاری بین هاروارد و اسمیتسونین است که برای پرسیدن و در نهایت پاسخ دادن به بزرگترین سؤالات حل نشده بشر در مورد ماهیت جهان طراحی شده است. دفتر مرکزی مرکز اخترفیزیک در کمبریج، MA، با امکانات تحقیقاتی در سراسر ایالات متحده و جهان است.