هرچه “کهکشان مارپیچی” بزرگتر باشد سریع‌تر می‌چرخد!

MacTavish · 9/1/20

بیگ بنگ: واقعیتی که برای اخترنشاسان شناخته شده، این است که کهکشان‌های مارپیچی هر چه بزرگ‌تر باشند، سریع‌تر می‌چرخند. اما در چند سال گذشته پژوهشگران رده‌ی تازه‌ای از کهکشان‌های مارپیچی غول‌پیکر را یافته‌اند که “اَبَر-مارپیچی”ها (super spirals) نام گرفته‌اند.

توضیح عکس: ردیف بالا تصاویر تلسکوپ فضایی هابل از سه کهکشان مارپیچی که جرم هر یک چند برابر راه شیری است را نشان می‌دهد. ردیف پایین تصویرهای گرفته شده در “پیمایش آسمانی دیجیتال اسلون” از سه کهکشان مارپیچی بسیار بزرگ‌تر را نشان می‌دهد، مارپیچی‌هایی به اندازه‌ای بزرگ که در رده‌ی “اَبَرمارپیچی‌ها” جای گرفته‌اند و جرم هر یک به ۱۰ تا ۲۰ برابر جرم راه شیری می‌رسد. کهکشان پایین، سمت راست با نام ۲MFGC 08638 پرجرم‌ترین کهکشان مارپیچی‌ای است که تا به امروز شناخته شده، با یک هاله‌ی ماده‌ی تاریک به جرم دستکم ۴۰ تریلیون خورشید.اخترشناسان با سنجیدن سرعت چرخش بخش‌های بیرونی این مارپیچی‌ها میزان ماده‌ی تاریکشان را اندازه گرفتند. آنها پی بردند که ابرمارپیچی‌ها بسیار سریع‌تر از چیزی که بر پایه‌ی جرم مرئی‌شان پیش‌بینی شده بود می‌چرخند. این سرعت آنها می‌تواند به دلیل هاله‌ی ماده‌ی تاریکی باشد که آنها را در بر گرفته است.

بتازگی در یافته‌ای غافلگیرکننده، اخترشناسان می‌گویند این ابر-مارپیچی‌ها در حقیقت از چیزی که بر پایه‌ی پیکرۀ مرئی‌شان (ماده‌ی معمولی آنها) پیش‌بینی شده بود هم سریع‌تر می‌چرخند. در سریع‌ترینِ آنها، سرعت ستارگان به ۲ میلیون کیلومتر بر ساعت هم می‌رسد. بر پایه‌ی برخی برآوردها، این تقریبا سه برابر سریع‌تر از سرعت چرخش خورشید خودمان به گرد مرکز کهکشان راه شیری است.

این بدان معناست که نسبت “ماده‌ تاریک” به ماده‌ی معمولی در این کهکشان‌ها بیشتر از مارپیچی‌های کوچک‌تری مانند راه شیری است، که باعث سرعت چرخشِ بیشترِ آن شده. این کشف یک چیز دیگر را هم نشان میدهد: بیشترین اندازه‌ای که یک کهکشان مارپیچی می‌تواند داشته باشد.

بزرگ‌ترین کهکشان‌های مارپیچی

اخترشناس “پاتریک اوگل” به هنگام بررسی درخشان‌ترین کهکشان‌های ثبت شده در پیمایش‌های کهکشانی به ابر-مارپیچی‌ها برخورد: کهکشان‌های مارپیچی‌ای که مادۀ مرئی‌شان ۱۰ تا ۲۰ برابر راه شیری بود. بزرگ‌ترین و درخشان‌ترین کهکشان‌های کیهان کهکشان‌های بیضی شکل، هستند نه مارپیچی‌های چرخان، از همین رو این کشف غافلگیرکننده بود.

اوگل می‌گوید: «تصورات بر این بوده که کهکشان‌های مارپیچی تا پیش از به پایان بردن سوخت ستاره‌زایی‌شان به هر دلیلی، نمی‌توانند بزرگ‌تر از راه شیری بشوند.» اوگل سرپرست این پژوهش از بنیاد علوم تلسکوپ فضایی در مریلند است. او و دیگر اخترشناسان ویژگی‌های این ابرمارپیچی‌ها را اندازه گرفتند و از اینکه با چنین سرعتی می‌چرخند شگفت‌زده شده است.

هنگامی که جرمی به دور جرمی دیگر می‌چرخد، سرعت مداری‌اش بستگی به جرم آن جسم مرکزی دارد. چه سیاره‌ای دور یک ستاره بچرخد و چه ستاره‌ای دور مرکز کهکشان بچرخد، در هر صورت هر چه جسم مرکزی پرجرم‌تر باشد، سرعت مداری جسم بیرونی بیشتر خواهد بود.

بیشتر کهکشان‌های مارپیچی دارای سرعت چرخشی متناسب با مقدار مادۀ مرئی‌شان هستند(ستارگان، سیاره‌ها، گازها و …). ماده‌ تاریک هم نقش و سهمی در این سرعت دارد، ولی مقدار خود ماده‌ تاریک هم متناسب با مقدار ماده‌ی مرئی است، بنابراین سرعت چرخش همچنان متناسب با ماده‌ی دیدارپذیر می‌ماند.

ولی ابرمارپیچی‌ها بسیار سریع‌تر از چیزی که اخترشناسان بر پایۀ جرم مرئی آنها پیش‌بینی کرده بودند می‌چرخند، یعنی عملا نسبت ماده‌ تاریک ِ آنها بسیار بالاتر از ماده‌ی مرئی‌شان است. به گمان اوگل و گروهش، در پرجرم‌ترین کهکشان‌های مارپیچی، انباشت ماده‌ تاریک احتمالا جلوی ساختن ستارگان بیشتر را می‌گیرد. بنابراین با وجود این که آنها به توده‌های(هاله‌های) بزرگ‌تری از “ماده‌ تاریک” نگاه می‌کنند، ولی احتمالا مارپیچی‌هایی که به همان نسبت بسیار بزرگ‌تر هستند را در آنها نخواهند دید [یعنی احتمالا ماده‌ تاریک که ابرمارپیچی‌ها را در بر گرفته بسیار بزرگ است، اما ماده‌ مرئی‌اش به نسبت آن رشد نکرده و بزرگ نیست].

از دید اوگل، این کشف نشان‌دهندۀ یک روش هیجان‌انگیز برای بررسی چگونگیِ رفتار ماده‌ تاریک و اثر آن بر کیهان است. او می‌خواهد در آینده رصدهایی انجام دهد تا بزرگی واقعی این ابرمارپیچی‌ها را بررسی کرده و چگونگی پیدایش آنها را بیشتر بشناسد. جزئیات بیشتر این پژوهش در The Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.