چگونه سه ستاره فراری راز کهکشانی را حل کردند
تمام حرکت‌ها نسبی هستند. این حقیقت ساده، پیگیری حرکات اجسام دوردست خارج از کهکشان‌مان را به‌ویژه دشوار می‌سازد. برای مثال، ستاره‌شناسان برای دهه‌ها درباره مسیر ابرقمر بزرگ (LMC) در چند میلیارد سال گذشته به‌بحث‌پذیر بوده‌اند. مقاله‌ای جدید از اسکات لوچینی و جیوان جسی هان از مرکز هارفارد اخترفیزیک، این سؤال را با به‌کارگیری تکنیکی منحصربه‌فرد — مسیرهای ستارگان پرسرعت — مورد بررسی قرار می‌دهد.
پس «ستارهٔ پرسرعت» چیست؟ وقتی یک سامانهٔ دوستاره‌ای به‌طورد خیلی نزدیک به یک سیاه‌چالهٔ ابرجبار می‌آید، نیروهای جزرومدانی آن سیاه‌چاله سامانه را از هم می‌پاشد. معمولاً یکی از دو ستاره در مدار اطراف سیاه‌چاله اسیر می‌شود، در حالی که ستارهٔ دیگر پیوند گرانشی خود با هم‌ستاره‌اش را از دست می‌دهد و نیروی حاصل، آن را با سرعتی بالاتر از ۱٬۰۰۰ km/s از سامانه بیرون می‌پراند. در نهایت ستارگان با چنین سرعتی می‌توانند به‌صورت کامل از کهکشانی که به آن وابسته‌اند رها شوند و در خلأیی میان کهکشان‌ها به‌تنهایی باقی بمانند.
ردیابی مسیر این ستارگان پرسرعت می‌تواند راهی به نقطه‌ای نشان دهد که از آن سامانهٔ دوستاره‌ای خود پرتاب شده‌اند. محققان با بررسی انتشار داده‌های Gaia نسخهٔ ۳ (DR3) سه ستاره شناسایی کردند که گمان می‌کنند از LMC بیرون رانده شده‌اند. یکی از آن‌ها که به‌عنوان HVS 3 شناخته می‌شود، مدت‌هاست که منشا آن از LMC فرض می‌شود. اما دو نامزد دیگر (HVS 7 و HVS 15) به‌تازگی کشف شده‌اند که مسیرهایشان به وضوح نشان می‌دهد آن‌ها از راه شیری نیامده‌اند و LMC محتمل‌ترین منبع آن‌هاست.
فریزر دربارهٔ انتشار داده‌های Gaia که مشابه آنچه برای یافتن ستارگان پرسرعت در مقاله به کار رفته، صحبت می‌کند.
ردیابی نقطه‌ای که این ستارگان از آن پرتاب شدند می‌تواند مکان سیاه‌چالهٔ ابرجبار را که آن‌ها را به‌سوی خود رانده، نشان دهد. حتی بحث‌های متعددی دربارهٔ وجود یا عدم وجود سیاه‌چالهٔ ابرجبار در مرکز LMC وجود دارد. اگرچه شواهدی مبنی بر وجود HVSها از LMC نشان می‌دهد چنین سیاه‌چاله‌ای احتمالاً وجود دارد، این هنوز مشاهدهٔ مستقیم واضحی نیست. بنابراین پیدا کردن مکان دقیق سیاه‌چالهٔ ابرجبار و در نتیجه‌ی یافتن محل مناسب برای مشاهدهٔ مستقیم، یکی از نتایج کلیدی مقاله است.
اما کار به‌ساده‌سازی خطی مستقیم از موقعیت کنونی HVSها به سمت مبدأشان محدود نمی‌شود. عوامل متعددی بر حرکات این کهکشان‌ها تأثیر می‌گذارند — به‌خصوص مادهٔ تاریک. برای در نظر گرفتن این مسئله، محققان شبیه‌سازی‌های حرکتی هم برای راه شیری و هم برای LMC انجام دادند و عنصری به نام «اصطکاک دینامیک» را گنجاندند که نیروی مقاومتی را که این کهکشان‌ها هنگام عبور از میدان ذرات کوچکتر تجربه می‌کنند، توصیف می‌کرد.
با این مدل‌ها، پژوهشگران توانستند «corridor» یا مسیر عبوری LMC در چند میلیون سال گذشته را تا ۵۰٪ محدود کنند. با این حال، نتوانستند سؤال اساسی دربارهٔ خود LMC را پاسخ دهند — آیا این کهکشان در اولین یا دومین عبور خود از راه شیری است؟ در حالی که بر این باوریم LMC به‌طور گرانشی به راه شیری بسته شده است، مدل‌ها نشان می‌دهند که یا در اولین مدار خود به‌سوی ما است، یا اولین مدار خود را حدود ۶‑۸ میلیارد سال پیش به‌پایان رسانده و هم‌اکنون در مسیر دومین عبور قرار دارد. مدل جدید اصطکاک دینامیک و مسیر پیشنهادی، با هر دو مدل «عبور نخست» و «عبور دوم» سازگار است، اگرچه هر دو از اجزای متفاوتی در مدل‌های خود استفاده کرده‌اند. بحث‌های بیشتری در مقاله اشاره می‌کند که شاید مدل عبور دوم به‌اندازه کافی قوی نباشد تا پیچیدگی‌های دینامیک مداری کهکشانی را به‌درستی منعکس کند.
آنتون برخی ویژگی‌های LMC را بررسی می‌کند. اعتبار – کانال یوتیوب آنتون پتروف
سؤال مهم دیگری که پژوهشگران معتقدند اکنون به‌دست آمده است — مکان مناسب برای جستجوی سیاه‌چالهٔ ابرجبار LMC. آن‌ها مختصات دقیق را ارائه می‌دهند و اشاره می‌کنند که این نقطه حدود ۱٫۵ درجه از مرکز بصری LMC جابجا شده است. این جابجایی ناشی از نیروهای جزرومدانی آشوب‌بار است که توسط همسایهٔ نزدیک‌مان، ابرقمر کوچک (SMC) ایجاد می‌شود.
تحقیقات بیشتری مورد نیاز است، چرا که نتایج مقاله صرفاً بر پایهٔ سه ستاره استوار است و داده‌های این سه ستاره نیز به‌شدت محدود هستند. با صرف زمان مشاهداتی برای بهبود مقیاس‌های حرکت صحیح آن‌ها، می‌توان محدودیت‌های بیشتری بر مسیر LMC و همچنین بر چگونگی تعامل مادهٔ تاریک با حرکت کهکشان‌ها اعمال کرد. حالا تنها مانده است کسی زمان کافی در یکی از رصدخانه‌های بزرگ بگیرد تا نگاهی به این موضوع بیندازد. این درخواست شاید دشوار باشد، اما روزی می‌توانیم قلب تاریک همسایهٔ کهکشانی‌مان را دقیقاً شناسایی کنیم.
مطالعه بیشتر:
S. Lucchini & J. J. Han – دوختن سوزن ماژلانیک: ستارگان پرسرعت مکان گذشتهٔ LMC را ردیابی می‌کنند
UT – ابرقمر بزرگ پس از نزدیک‌ترین عبورش از راه شیری زنده ماند
UT – ابرقمر بزرگ چیست؟
UT – ممکن است در ابرقمر بزرگ سیاه‌چالهٔ ابرجبار وجود داشته باشد که ستارگان را به راه شیری پرتاب می‌کند