کهکشان راه شیری ممکن است توسط ۱۰۰ کهکشان پنهان احاطه شده باشد

اخترشناسان ممکن است در آستانه کشف جمعیتی دیرینه و گمشده از کهکشان‌ها باشند. محققان دانشگاه دورهام با استفاده از شبیه‌سازی‌های فوق‌العاده با وضوح بالا و مدل‌سازی‌های پیچیده، پیش‌بینی می‌کنند که کهکشان راه شیری می‌تواند توسط ۱۰۰ کهکشان اقماری که قبلاً شناسایی نشده‌اند، احاطه شده باشد!

این «کهکشان‌های یتیم» کم‌نور و گریزان ممکن است هاله‌های ماده تاریک خود را از دست داده باشند و همین امر باعث شده تا با تلسکوپ‌های فعلی تقریباً نامرئی باشند. اما با ظهور ابزارهای قدرتمند جدیدی مانند رصدخانه روبین، دانشمندان معتقدند که بالاخره به توانایی شناسایی آن‌ها نزدیک شده‌ایم که به‌طور بالقوه می‌تواند نظریه‌های اصلی کیهان‌شناسی را تأیید کرده و دیدگاه ما را نسبت به جهان تغییر دهد!

همراهان پنهان: کهکشان‌هایی بیشتر از آنچه تصور می‌کردیم؟!

تحقیقات جدید نشان می‌دهد که کهکشان راه شیری ممکن است توسط کهکشان‌های اقماری بسیار بیشتری نسبت به آنچه دانشمندان قبلاً شناسایی یا پیش‌بینی کرده‌اند، احاطه شده باشد.

تیمی از کیهان‌شناسان دانشگاه دورهام در بریتانیا، روش جدیدی را توسعه داده‌اند که دقیق‌ترین شبیه‌سازی‌های ابرکامپیوتری موجود را با مدل‌سازی ریاضی پیشرفته ترکیب می‌کند. با استفاده از این رویکرد، آن‌ها حضور احتمالی جمعیتی از کهکشان‌های «یتیم» گریزان را شناسایی کرده‌اند که هنوز مشاهده نشده‌اند. بر اساس نتایج آن‌ها، ممکن است ۸۰ تا ۱۰۰ کهکشان اقماری اضافی در نزدیکی کهکشان راه شیری در حال چرخش باشند.

مشاهده این کهکشان‌های پنهان با تلسکوپ‌ها، شواهدی قوی را برای تأیید نظریه «لامبدا ماده تاریک سرد» (LCDM) ارائه می‌کند. این مدل برجسته، ساختار جهان را در مقیاس‌های بزرگ و چگونگی شکل‌گیری کهکشان‌ها توصیف می‌کند.

این یافته‌ها در نشست ملی نجوم انجمن سلطنتی نجوم که امسال توسط دانشگاه دورهام میزبانی شد، ارائه گردید.

ماده تاریک و ساختار کیهان

تحقیقات به سرپرستی دورهام بر اساس مدل LCDM استوار است، که در آن ماده معمولی به شکل اتم‌ها تنها ۵ درصد از کل محتوای جهان را تشکیل می‌دهد، ۲۵ درصد ماده تاریک سرد (CDM) است و ۷۰ درصد باقیمانده انرژی تاریک است.

در این مدل، کهکشان‌ها در مرکز توده‌های غول‌پیکر ماده تاریک به نام هاله‌ها شکل می‌گیرند. بیشتر کهکشان‌های جهان، کهکشان‌های کوتوله کم‌جرم هستند که اکثریت آن‌ها ماهواره‌هایی‌اند که به دور یک کهکشان پرجرم‌تر، مانند کهکشان راه شیری ما، می‌چرخند.

وجود این اجرام مرموز مدت‌هاست که چالش‌هایی را برای LCDM -که به عنوان مدل استاندارد کیهان‌شناسی نیز شناخته می‌شود- ایجاد کرده است. بر اساس نظریه LCDM، کهکشان‌های همراه کهکشان راه شیری بسیار بیشتری باید وجود داشته باشند تا آنچه شبیه‌سازی‌های کیهان‌شناسی تاکنون تولید کرده‌اند یا اخترشناسان توانسته‌اند ببینند.

کهکشان‌های شبح‌وار: ماهواره‌های گمشده کجا هستند؟!

تحقیقات جدید نشان می‌دهد که ماهواره‌های گمشده کهکشان راه شیری، کهکشان‌های بسیار کم‌نوری هستند که تقریباً به‌طور کامل هاله‌های ماده تاریک اصلی خود را در اثر گرانش هاله کهکشان راه شیری از دست داده‌اند. این کهکشان‌های به اصطلاح «یتیم» در بیشتر شبیه‌سازی‌ها گم می‌شوند، اما باید در جهان واقعی زنده مانده باشند.

محققان دورهام با استفاده از تکنیک جدید خود، توانستند فراوانی، توزیع و ویژگی‌های این کهکشان‌های یتیم کهکشان راه شیری را ردیابی کنند و نشان دهند که ماهواره‌های کهکشان راه شیری بسیار بیشتری باید وجود داشته باشند و امروزه قابل مشاهده باشند. امید است که پیشرفت‌های جدید در تلسکوپ‌ها و ابزارهایی مانند دوربین LSST رصدخانه روبین (که اخیراً اولین نور خود را دید)، به اخترشناسان توانایی تشخیص این اجرام بسیار کم‌نور را بدهد و آن‌ها را برای اولین بار در دید ما قرار دهد.

هیجان اخترشناسان از پیامدهای نظریه LCDM

دکتر ایزابل سانتوس، محقق اصلی در مؤسسه کیهان‌شناسی محاسباتی، گروه فیزیک، دانشگاه دورهام، گفت:

ما می‌دانیم که کهکشان راه شیری حدود ۶۰ کهکشان اقماری تأیید شده دارد، اما فکر می‌کنیم ده‌ها کهکشان کم‌نور دیگر از این نوع باید در فواصل نزدیک به دور کهکشان راه شیری در حال چرخش باشند.

اگر پیش‌بینی‌های ما درست باشد، وزن بیشتری به نظریه لامبدا ماده تاریک سرد در مورد شکل‌گیری و تکامل ساختار در جهان می‌دهد.

اخترشناسان رصدی از پیش‌بینی‌های ما به عنوان یک معیار برای مقایسه داده‌های جدیدی که به دست می‌آورند، استفاده می‌کنند.

یک روز به زودی ممکن است بتوانیم این کهکشان‌های ‘گمشده’ را ببینیم، که بسیار هیجان‌انگیز خواهد بود و می‌تواند اطلاعات بیشتری در مورد چگونگی شکل‌گیری جهان آنگونه که امروز می‌بینیم به ما بدهد.

مدلی تحت فشار: آزمایش استاندارد

مفهوم LCDM سنگ بنای درک ما از جهان است. این مدل منجر به مدل استاندارد کیهان‌شناسی شده و پرکاربردترین مدل برای توصیف تکامل و ساختار جهان در مقیاس‌های بزرگ است.

این مدل آزمایش‌های متعددی را پشت سر گذاشته، اما اخیراً توسط داده‌های رصدی گیج‌کننده در مورد کهکشان‌های کوتوله به چالش کشیده شده است.

محققان دورهام می‌گویند که حتی بهترین شبیه‌سازی‌های کیهان‌شناسی موجود (که علاوه بر ماده تاریک، گاز و شکل‌گیری ستاره را نیز شامل می‌شوند) وضوح لازم برای مطالعه کهکشان‌هایی به کم‌نوری که اخترشناسان شروع به کشف آن‌ها در نزدیکی کهکشان راه شیری کرده‌اند را ندارند.

این شبیه‌سازی‌ها همچنین فاقد دقت لازم برای پیگیری تکامل هاله‌های ماده تاریک کوچک هستند که کهکشان‌های کوتوله را در خود جای می‌دهند، زیرا آن‌ها طی میلیاردها سال به دور کهکشان راه شیری می‌چرخند.

این امر منجر به اختلال مصنوعی در برخی هاله‌ها می‌شود و کهکشان‌ها را «یتیم» می‌کند. اگرچه شبیه‌سازی‌ها هاله‌های کهکشان‌های «یتیم» را از دست می‌دهند، اما چنین کهکشان‌هایی باید در جهان واقعی زنده بمانند.

ترکیب قدرت: شبیه‌سازی‌ها با مدل‌های ریاضی

محققان دورهام برای غلبه بر این مشکلات عددی، شبیه‌سازی‌های ابرکامپیوتری کیهان‌شناسی را با مدل‌های تحلیلی ترکیب کردند.

این شامل شبیه‌سازی آکواریوس (Aquarius) بود که توسط کنسرسیوم ویرگو (Virgo Consortium) تولید شد. آکواریوس بالاترین وضوح شبیه‌سازی از هاله ماده تاریک کهکشان راه شیری است که تا کنون ایجاد شده و برای درک ساختار دقیق پیش‌بینی شده در اطراف کهکشان راه شیری استفاده می‌شود.

همچنین شامل مدل GALFORM بود، کدی پیشرفته که طی دو دهه گذشته در دورهام توسعه یافته و فرآیندهای فیزیکی دقیق مسئول شکل‌گیری و تکامل کهکشان‌ها را دنبال می‌کند.

نتایج آن‌ها نشان داد که هاله‌های ماده تاریک، که ممکن است یک کهکشان اقماری را در خود جای دهند، برای بیشتر عمر جهان به دور هاله مرکزی کهکشان راه شیری در حال چرخش بوده‌اند که منجر به از بین رفتن ماده تاریک و جرم ستاره‌ای آن‌ها شده و آن‌ها را بسیار کوچک و کم‌نور کرده است.

در نتیجه، این تحقیق پیش‌بینی می‌کند که تعداد کل کهکشان‌های اقماری با هر میزان روشنایی که احتمالاً در اطراف کهکشان راه شیری وجود دارند، حدود ۸۰ یا به طور بالقوه تا ۱۰۰ مورد بیشتر از آنچه در حال حاضر شناخته شده است، می‌باشد.

اجرام کوچک عجیب: سرنخ یا تصادف؟!

این تحقیق تأکید ویژه‌ای بر حدود ۳۰ نامزد جدید کشف شده ماهواره‌های کوچک کهکشان راه شیری دارد که بسیار کم‌نور و کوچک هستند.

دانشمندان مطمئن نیستند که این‌ها کهکشان‌های کوتوله تعبیه شده در یک هاله ماده تاریک هستند یا خوشه‌های کروی، مجموعه‌ای از ستارگان خودگرانشی.

محققان دورهام استدلال می‌کنند که این اجرام می‌توانند زیرمجموعه‌ای از جمعیت کم‌نور کهکشان‌های اقماری باشند که آن‌ها پیش‌بینی می‌کنند باید وجود داشته باشند.

پروفسور کارلوس فرینک، همکار محقق در مؤسسه کیهان‌شناسی محاسباتی، گروه فیزیک، دانشگاه دورهام، گفت:

اگر جمعیت ماهواره‌های بسیار کم‌نور که ما پیش‌بینی می‌کنیم با داده‌های جدید کشف شوند، این یک موفقیت چشمگیر برای نظریه LCDM شکل‌گیری کهکشان خواهد بود.

همچنین یک تصویر واضح از قدرت فیزیک و ریاضیات ارائه خواهد داد. با استفاده از قوانین فیزیک، که با یک ابرکامپیوتر بزرگ حل می‌شوند، و مدل‌سازی ریاضی، می‌توانیم پیش‌بینی‌های دقیقی انجام دهیم که اخترشناسان، مجهز به تلسکوپ‌های قدرتمند جدید، می‌توانند آن‌ها را آزمایش کنند. بهتر از این نمی‌شود.

نشست ملی نجوم ۲۰۲۵

منبع: Scitechdaily