HVGC-1: الكتلة المنبوذة

لقد اكتشفنا بالفعل نجوم تتحرك بسرعة آلاف الكيلومترات في الثانية. هل هذه الكتلة الكروية تفعل الشيء نفسه؟

بالنسبة للعين المجردة ، غالبًا ما تبدو النجوم والمجرات تمامًا مثل قوالب صغيرة من الضوء. بينما بالنسبة للعديد من المصادر ، يمكن أن توفر التلسكوبات صورًا بتفاصيل مذهلة تقريبًا ، إلا أن هناك العديد من الحالات التي لا يزال هدف الاهتمام فيها يبدو تمامًا على نقطة على الشاشة. في تلك الحالات ، قد يعتمد علماء الفلك على التحليل الطيفي لمنحهم رؤى أساسية حول ما يبحثون عنه.

خذ على سبيل المثال ، الكائن HVGC-1 ، الذي يقع على بعد حوالي 16 مليون بارسية من الأرض في مجموعة فيروسات المجرات. عندما تم اكتشافه لأول مرة في عام 2014 ، فإن موقعه في السماء يعني أنه يمكن أن يكون نجمًا في هالة درب التبانة أو كتلة كروية شريرة يتم إخراجها من المجرة الإهليلجية M87. يبدو أن قياسات السرعة الشعاعية تشير إلى أن الفرضية الأخيرة كانت أكثر ترجيحًا ، ولكنها استغرقت قياسات ضوئية بصرية بالأشعة تحت الحمراء ، مصحوبة بقياسات لخطوط الهيدروجين في أطيافها ، لإغلاق الحالة أخيرًا.

تلسكوب هابل الفضائي صورة M87 ، إلى جانب طائرة نفاثة من مركزها. الصورة الائتمان: ناسا / هابل.

HVGC-1 - اختصار لـ Globular Cluster 1 عالي السرعة - مثير للاهتمام أكثر من مجرد عرض لسبب قياسات الخط الطيفي مفيدة بشكل لا يصدق. يتحرك الجسم بعيدًا عن M87 بسرعة تزيد عن 2300 كم / ثانية ، أكبر من سرعة هروب المجرة. هذا لا مثيل له من قبل أي كتلة كروية اكتشفت حتى الآن ، ويبدو أنها تشير إلى ماض مضطرب لكل من الكتلة نفسها والمجرة التي كانت تسمى ذات يوم بالمنزل.

الجاني؟ تماما ربما ثقب أسود هائل.

الطيفية الضربات مرة أخرى

جاء الاكتشاف في خضم عملية بحث (Caldwell et al. 2014) عن مجموعات كروية باتجاه مجموعة Virgo Cluster. هذه الكائنات القديمة والنجوم التي تكوّنها قديمة جدًا وكثيفة ومليئة بالنجوم ذات المعدن المنخفض ، تكون قديمة قدم المجرات التي تدور حولها. لا يزال تكوينها وتطورها في وقت مبكر موضوعًا نشطًا للبحث ، وبينما توجد أفضل عيناتنا وأكثرها تفصيلًا من مجموعات كروية داخل المجموعة المحلية ، فإن دراستها في مجموعات مجرات أخرى - مثل M87 - يمكن أن تساعدنا في فهم بعض جوانب تكوين المجرات بشكل أفضل .

الشكل 1 ، كالدويل وآخرون. 2014. إن ذروة توزيعات النجوم والتكتلات الكروية واضحة ، و HVGC-1 بعيد عن كل منهما.

درس الفلكيون حوالي 2500 مرشح عنقودي كروي وكانوا قادرين على تحديد الانزياحات الحمراء - وبالتالي السرعات الشعاعية - لنحو 1800 منهم. وأظهرت توزيعات السرعة أن المرشحين سقطوا فعليًا في ثلاث فئات مختلفة: المجرات ، والتجمعات الكروية في برج العذراء ، والنجوم البارزة في هالة درب التبانة. عندما أزيلت المجرات من العينة ، بقيت نقطة بيانات واحدة بعيدة عن ذروة توزيعات النجم والتوزيعات الكروية ، مع سرعة شعاعية تبلغ حوالي -1000 كم / ثانية - وهي مسافة هائلة. وأثار هذا سؤالاً: هل كان HVGC-1 نجمًا أو مجرة ​​أو كتلة كروية أو أي شيء آخر تمامًا؟

يسمح لنا التحليل الطيفي بتحديد حركة جسم ما على طول خط نظرنا ، لكن الخطوط الطيفية نفسها تزودنا بمزيد من المعلومات. على سبيل المثال ، يمكن أن يكون وجود الخطوط المختلفة وشكلها مؤشرا رئيسيا لتكوين النجم ودرجة حرارته. تعد نقاط القوة مهمة أيضًا ، ولكن يمكن تقليل نقاط القوة بسبب أشياء مثل الانقراض ، وبالطبع قانون التربيع العكسي. لذلك ، إذا كنت ترغب في محاولة تحديد كائن بناءً على مدى قوة خطوطه ، فمن الأفضل أن ننظر إلى نسب الخطوط المختلفة ، بدلاً من الشدة المطلقة.

الشكل 3 ، كالدويل وآخرون. 2014. من الواضح أن HVGC-1 هي مجموعة كروية.

في هذه الحالة ، نظر الفريق في نسبتين مختلفتين للخط: Hγ مقسومة على لمعان G-band ، ونسبة نوعين من انبعاث Ca II ، باستخدام خطوط Balmer ذات طاقة أعلى. بشكل عام ، تتميز مجموعات M87 الكروية بنسب Ca II أقل بكثير من المجموعات العنقودية في Andromeda أو النجوم الميدانية. كانت نسبة Ca II في HVGC-1 حوالي 0.5 - ما يقرب من نصف ما قد تتوقع رؤيته في نجمة هالة ، ولكنها مثالية لمجموعة عنقودية.

تصفية النجوم

وكان التشخيص الرئيسي الآخر الذي استخدم لفصل الكائن عن النجوم الأمامية المحتملة هو القياس الضوئي البسيط. في دراسة استقصائية عن مجموعة Virgo Cluster التي تم إصدارها في وقت سابق من ذلك العام ، تسمى الأشعة تحت الحمراء من الجيل التالي من استطلاع Virgo Cluster (NGVS-IR) ، Muñoz et al. اكتشف 2014 طريقة ذكية للتمييز بين التجمعات الكروية والنجوم من خلال مقارنة القياس الضوئي من المرشحات المختلفة. أخذوا قياسات لمعان في نطاقات K و u و i (تتمركز في 2190 و 365 و 806 نانومتر ، على التوالي) ، قاموا برسم ik ضد ui ، وحددوا عددًا من المناطق في ما يُسمى مخطط uiK ، بما في ذلك خطوط النجوم و مجموعات كروية.

الشكل 14 ، مونيوز وآخرون. 2014. الخطان المتجاوران لنجوم التسلسل الرئيسية والمجموعات الكروية مكتظة بالسكان.

كان فريق NGVS-IR يدرس M87 على وجه التحديد ، مما يجعل اكتشافهم أداة مفيدة حقًا لكالدويل وآخرون ، الذين كانوا يبحثون عن بعض الأدلة على أن HVGC-1 كان كتلة كروية. لم يخيب الرسم التخطيطي لـ uiK ، وسقط الكائن الهدف بشكل جميل في تسلسل الكتلة الكروي ، كما هو متوقع.

الشكل 2 ، كالدويل وآخرون. 2014.

بين القياس الضوئي وتحليل نسبة الخط ، بدا أن المجموعة صنفت بشكل نهائي HVGC-1 ككتلة كروية ، تتحرك بسرعة لا تصدق تبلغ 2300 كم / ثانية بالنسبة إلى M87. وأظهر حساب سريع أن هذه السرعة أكبر بكثير من سرعة هروب المجرة ، مما يشير إلى أن الكتلة الكروية ستتركها قريبًا ، بالإضافة إلى مجموعة Virgo Cluster ككل. نرى عددًا من النجوم تتحرك بهذه الطريقة في درب التبانة تسمى النجوم الفائقة السرعة (كتبت عن حالة مثيرة للاهتمام ، هي: 0437-53939 ، في وقت سابق من هذا العام!). يُعتقد أن هذه النجوم قد وصلت إلى سرعاتها الهائلة بعد مواجهتها مع القوس الأسود الهائل في مركز المجرة. يمكن أن يحدث شيء مماثل مع HVGC-1؟

الثقوب السوداء ومجموعات الأطفال

فكرة المواجهة العنيفة مع وجود ثقب أسود هائل هي فكرة مغرية تنطوي على تاريخ عنيف بالنسبة إلى M87. لكي يتم إخراج كائن من النظام ، يجب أن يكون هناك ثلاث جثث على الأقل. غالبًا ما يتم تجريد النجوم الفائقة السرعة من الصحابة الثنائية - الأجسام الثالثة المعنية - عندما تلتقي بثقب أسود هائل ، لكن هذا الثنائي غير مرجح جدًا للتكتلات الكروية! اقترح علماء الفلك تعديلاً على الإعداد ، حيث يمكن أن يكون هناك فتحتان أسودتان فائقتان متباعدتان لا يتجاوزان بضع فرسخان منفصلان قد وفرتا الدفعة اللازمة لإرسال HVGC-1 إلى الفضاء بين المجرات. مثل هذا اللقاء من شأنه أن يجرد معظم نجوم الكتلة الكروية ، تاركًا قلبه الكثيف فقط.

هناك دعم لهذه الفكرة. على الرغم من أن M87 لا يحتوي إلا على ثقب أسود هائل ، فإنه يتم إزاحته من الوسط ، مما قد يشير إلى أن الثقب الأسود هو نتيجة دمج ثنائي. قد تنبعث الموجات التثاقلية من الحدث متباينة الخواص ، وتدفع البقية بعيدًا عن مركز المجرة. لدينا دليل على أن الشيء نفسه حدث في الكوازار 3C 186.

يمكن أن تكون نجوم السرعة الفائقة مثل HE 0437–5439 من بقايا أنظمة ثنائية أو ثلاثية نجوم. الصورة الائتمان: ناسا.

ومع ذلك ، كما هو الحال دائمًا ، هناك تفسيرات أخرى للسرعة الغريبة. أحد الاحتمالات التي نظرت فيها المجموعة هو أن التفاعلات بين المجرات في مجموعة Virgo Cluster كان يمكن تجريدها من M87 - HVGC-1 فيما بينها. ومع ذلك ، فإن التوزيع المرصود من الأجسام المرشحة الأخرى في M87 لا يمتد بقدر السرعة النسبية المقاسة البالغة 2300 كم / ثانية ، مما يعني أن HVGC-1 لا يزال بعيدًا. والاحتمال الآخر هو أن HVGC-1 هو رفيق مجرة ​​قزم "subhalo" تدور حول M87 ، تم تهجيرها من خلال تفاعل ثلاثي الجسم. مرة أخرى ، رغم ذلك ، من غير المرجح أن يولد هذا السرعة المطلوبة.

أخيرًا ، نظر الفريق في موقف آخر يتعلق بثنائيات الثقب الأسود الهائلة. نظرًا لمدى كثافة HGVC-1 ، بدا من الممكن أنه في الواقع ما يسمى بالنجوم النحاسية الفائقة الضغط - ثقب أسود فائق الكتلة تحيط به مجموعة من النجوم ، يتم إخراجها جميعًا من نظام ثنائي للثقب الأسود في مركز المجرة من خلال موجة الجاذبية انبعاث. ومع ذلك ، فإن المعدن المقاس للكتلة يختلف بشدة مع النظرية - ومرة ​​أخرى ، لا تتفق سرعته.

لا يزال علماء الفلك يفضلون فكرة الدمج الثنائي الثنائي الأسود الضخم - وهو احتمال مثير ، لأن تلك الاندماجات قد تكون قابلة للاكتشاف بواسطة أنظمة مثل صفائف توقيت النابض. إذا كنا نراقب بالفعل M87 لفترة طويلة بعد مثل هذا الحدث ، فقد تكون هناك علامات أخرى في المجموعات النجمية القريبة من قلب المجرة. ربما يمكن أن تعطينا النفاثة الفلكية الفيزيائية الخارجة من مركزها بعض الأدلة. M87 هي مجرة ​​هائلة للغاية ، من المحتمل أن تكون عدة أضعاف كتلة درب التبانة ، مع مجموعات غنية من النجوم ، والمجموعات العنقودية ، والغاز والغبار. إنه هدف ثابت للدراسة في مجموعة واسعة من الأطوال الموجية. قد لا نكون بعيدًا عن الاستقصاء التالي لتقديم أدلة على الماضي الغريب لـ HVGC-1.