چند سیگنال رادیویی عجیب از خوشه کهکشانی Abell 3266، دانشمندان را شگفت‌زده کرد

دانشمندان فضایی بالاخره موفق شدند سیگنال‌های رادیویی شگفت انگیزی را در خوشه کهکشانی Abell 3266 کشف کنند که می‌تواند درک ما را از این اجرام فضایی تغییر دهد.

جهان پر از خوشه‌های کهکشانی است؛ ساختارهای عظیمی که در تقاطع‌های شبکه کیهانی انباشته شده‌اند. یک خوشه به تنهایی می‌تواند میلیون‌ها سال نوری وسعت داشته باشد و از صدها یا حتی هزاران کهکشان تشکیل شده باشد.

با این حال، این کهکشان‌ها تنها چند درصد از جرم کل یک خوشه را شامل می‌شوند. حدود 80 درصد جرم آن را ماده تاریک تشکیل می‌دهد و بقیه آن یک «سوپ پلاسمای داغ» است: گازی که تا دمای بالای 10 میلیون درجه سانتیگراد گرم شده و با میدان‌های مغناطیسی ضعیف در هم تنیده شده است.

تیمی بین‌المللی از دانشمندان، مجموعه‌ای از اجرام رادیویی را در یک خوشه کهکشانی پویا به نام Abell 3266 شناسایی کرده است که به ندرت مشاهده می‌شوند؛ نشر نوعی «پس‌مانده رادیویی»، «هاله رادیویی» و «فسیل رادیویی»؛ این اکتشافات جدید، نظریه‌های موجود در مورد منشا چنین پدیده‌ها و ویژگی‌های آنها را به چالش می‌کشند.

تصویر بالا: خوشه برخوردی Abell 3266 که در سراسر طیف الکترومغناطیسی دیده می‌شود، با استفاده از داده‌های ASKAP و ATCA (رنگ‌های قرمز/نارنجی/زرد)، XMM-Newton (آبی) و Dark Energy Survey (نقشه پس‌زمینه) ثبت شده است.

پس‌مانده، هاله‌ها و فسیل‌های رادیویی

خوشه‌های کهکشانی به ما امکان می‌دهند که طیف وسیعی از فرآیندهای پیچیده – از جمله مغناطیس و فیزیک پلاسما – را که در محیط‌های آزمایشگاهی انسانی قابل بازسازی نیستند، مطالعه کنیم.

هنگامی که خوشه‌ها با یکدیگر برخورد می‌کنند، مقادیر زیادی انرژی به ذرات پلاسمای داغ وارد می‌شود و انتشار رادیویی ایجاد می‌کند. این انتشار در اشکال و اندازه‌های مختلفی وجود دارد.

«پس‌مانده رادیویی» یک نمونه است. آنها قوسی شکل هستند و به سمت حاشیه‌ی یک خوشه متمایل می‌شوند، پس‌مانده‌های رادیویی از امواج ضربه‌ای انرژی می‌گیرند؛ امواجی که در پلاسما حرکت می‌کنند و باعث جهش در چگالی یا فشار می‌شوند و در نتیجه به ذرات انرژی می‌دهند. نمونه‌ای از موج شوک در زمین، «انفجار صوتی» است که در زمان شکستن دیوار صوتی توسط یک هواپیما رخ می‌دهد.

«هاله‌های رادیویی» منابع نامنظمی هستند که به سمت مرکز خوشه قرار دارند. انرژی آنها توسط تلاطم در پلاسمای داغ تامین می‌شود که به ذرات انرژی می‌دهد. ما می‌دانیم که هاله‌ها و پس‌مانده‌ها هر دو در اثر برخورد بین خوشه‌های کهکشانی ایجاد می‌شوند. با این حال بسیاری از جزئیات ریز آنها مبهم باقی مانده است.

سپس به منابع «فسیل رادیویی» می‌رسیم. اینها امواج رادیویی باقی مانده از مرگ یک سیاهچاله‌ی بسیار پرجرم در مرکز کهکشانی رادیویی هستند.

وقتی سیاهچاله‌ها در حال فعالیت هستند، جریان‌های عظیم پلاسما را به خارج از کهکشان خود پرتاب می‌کنند. با تمام شدن سوخت و خاموش شدن آنها، جریان‌ها شروع به پراکندگی می‌کنند. بقایای آن چیزی است که ما به عنوان «فسیل رادیویی» می‌شناسیم.

خوشه کهکشانی Abell 3266

مقاله جدید منتشر شده در ماهنامه انجمن نجوم سلطنتی، مطالعه‌ی بسیار دقیقی از یک خوشه کهکشانی به نام Abell 3266 را ارائه می‌کند.

آبل یک سیستم برخوردی پویا و آشفته است که در فاصله 800 میلیون سال نوری از ما قرار گرفته است. آبل 3266 تمام ویژگی‌های سیستمی را که باید میزبان پس‌مانده‌ها و هاله‌ها باشد، دارد اما تا همین اواخر، هیچ کدام از اموج رادیویی شناسایی نشده بودند.

با تفسیر داده‌های جمع‌آوری شده به کمک «آرایه میدان وسیع مورچیسون» (MWA) در اوایل سال جاری، دانشمندان از داده‌های جدید تلسکوپ رادیویی ASKAP و آرایه فشرده تلسکوپ استرالیا (ATCA) هم استفاده کردند تا خوشه کهکشانی Abell 3266 را با جزئیات بیشتر بررسی کنند.

تفسیر نهایی داده‌ها، تصویر پیچیده‌ای را ترسیم می‌کند. رنگ‌های زرد ویژگی‌هایی را نشان می‌دهند که در آن ورودی انرژی فعال است. مه آبی نشان دهنده‌ی پلاسمای داغ است که در طول موج اشعه ایکس ثبت شده است.

رنگ‌های قرمزتر (مادون قرمز) ویژگی‌هایی را نشان می‌دهند که فقط در فرکانس‌های پایین‌تر قابل مشاهده هستند. این بدان معناست که این اجرام، قدیمی‌تر هستند و انرژی کمتری دارند یا در طول زمان انرژی زیادی از دست داده‌اند؛ یا شاید هرگز چیز زیادی برای نشر نداشتند.

پس‌مانده رادیویی با رنگ قرمز در نزدیکی پایین تصویر قابل مشاهده است. این داده‌های جدید، ویژگی‌های خاصی را نشان می‌دهند که قبلا هرگز در یک پس‌مانده رادیویی دیده نشده بود.

در تصویر بالا: پس‌مانده رادیویی «برعکس» در خوشه کهکشانی Abell 3266 با رنگ‌های زرد/نارنجی/قرمز مشخص شده که نشان‌دهنده روشنایی رادیویی است.

شکل مقعر آن نیز غیرمعمول است و به آن لقب جالب پس‌مانده «برعکس» داده است. به طور کلی داده‌های جدید، درک ما را از نحوه‌ی تولید امواج رادیویی فضایی تغییر می‌دهد. دانشمندان همچنان در حال انجام مطالعات جدید برای رمزگشایی از فیزیک پیچیده پشت این امواج رادیویی هستند.

بقایای باستانی از یک سیاهچاله‌ی فوق سنگین

فسیل رادیویی که در سمت راست بالای تصویر اصلی (و همچنین در پایین) دیده می‌شود، بسیار کم‌رنگ و قرمز است که نشان‌دهنده قدیمی بودن آن است. ما معتقدیم که این نشر رادیویی در اصل از کهکشانی در سمت چپ پایین، با یک سیاهچاله مرکزی که مدت‌هاست خاموش شده، نشات گرفته است.

در تصویر بالا: فسیل رادیویی در خوشه کهکشانی Abell 3266 با رنگ‌ها و خطوط قرمز مشخص شده است که روشنایی رادیو اندازه‌گیری شده توسط ASKAP را نشان می‌دهد. رنگ‌های آبی هم پلاسمای داغ را نشان می‌دهند. فلش فیروزه‌ای به کهکشانی اشاره می‌کند که احتمالا زمانی، انرژی فسیل رادیویی را تامین می‌کرد.

بهترین مدل‌های فیزیکی طراحی شده، به سادگی نمی‌توانند با داده‌های موجود مطابقت پیدا کنند. این موضوع، نشان دهنده‌ی وجود شکاف‌هایی در درک ما از چگونگی تکامل این منابع است؛ شکاف‌هایی که دانشمندان در تلاش برای پر کردن آنها هستند.

در نهایت دانشمندان توانستند با استفاده از یک الگوریتم هوشمندانه، تصویر اصلی را از فوکوس خارج کنند تا به دنبال انتشار بسیار ضعیفی از امواج رادیویی بگردند که در وضوح بالا نامرئی است و بدین گونه، اولین نشانه از هاله رادیویی در خوشه کهکشانی Abell 3266 کشف شد.

در تصویر بالا: هاله رادیویی در آبل 3266 با رنگ و خطوط قرمز نشان داده شده که توسط ASKAP اندازه گیری شده است. رنگ‌های آبی، پلاسمای داغ را نشان می‌دهند. منحنی فیروزه‌ای منقطع هم، مرزهای بیرونی هاله رادیویی را مشخص می‌کند.

به سوی آینده و شناخت خوشه کهکشانی Abell 3266

این اکتشافات جدید، آغازی برای درک بشر از خوشه کهکشانی Abell 3266 است. محققان فضایی موفق به کشف اطلاعات جدیدی از این پدیده فضایی شده‌اند، اما حالا سوالات بیشتری مطرح شده است. البته طولی نمی‌کشد که دانشمندان به جواب سوال‌های جدیدشان دست پیدا کنند.