المجرات الفارغة: أكوان الجزيرة الحقيقية

لماذا يمكن للحوتين A و B أن يكونا المفتاح لفهم التطور المبكر للمجرات القزمية.

في السنوات الأولى من القرن العشرين ، كانت واحدة من نقاط الخلاف الرئيسية في علم الفلك هي طبيعة الأشياء التي نعرفها الآن باسم المجرات. البعض ، مثل هارلو شابيلي ، أطلقوا عليها اسم "السديم الحلزوني" ، معتقدين أنهم يكمن داخل حدود درب التبانة ، بينما استخدم آخرون ، مثل هيبرت كورتيس ، مصطلح "أكوان الجزيرة" ، واصفا بحر من المجرات التي تنجرف عبر الكون. سيكون للإجابة على هذا اللغز آثار عميقة على حجم الكون وعلم الكونيات ككل.

اليوم ، نعلم أن المجرات تقع خارج مجرة ​​درب التبانة - وهي مجرد مجرة ​​نعيش فيها. ومع ذلك ، فهي لا تشبه الجزر كما اعتقد البعض. توجد العديد من المجرات في مجموعات أو مجموعات من المجرات ، مع عشرات أو الآلاف من الأعضاء. نحن نقع داخل المجموعة المحلية المسماة بشكل مناسب ، إلى جانب Andromeda و Triangulum ، ونحن محاطون بسرب من المجرات الفضائية.

خريطة للفراغات والسوبر في محيط درب التبانة ، تتمحور حول برج العذراء. الفراغ المحلي صغير جدًا بحيث لا يمكن رؤيته. رصيد الصورة: أندرو ز. كولفين ، بموجب ترخيص Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

هناك استثناءات لهذه القاعدة ، بالطبع ؛ ليست كل المجرات أجزاء من مجموعات. في الواقع ، هناك عدد قليل من الحالات الغامضة التي تكمن في الفراغات ، والمناطق الهائلة عشرات من الجسيمات الضخمة التي تحتوي على أي مجرات تقريبا وكميات صغيرة فقط من الغاز خارج المجرة. يصعب العثور على هذه المجرات الفارغة ، خاصة إذا كانت قاتمة ، ولكن فهم كيف تتطور وتتطور يمكن أن يقودنا إلى كنز من المعلومات حول كيفية تصرف الكون على نطاقات كبيرة - بدءًا ، بالطبع ، بالفراغات.

اليوم ، نسافر خارج المجموعة المحلية إلى حافة الفراغ المحلي. هنا تكمن مجرتان قزمتان ، Pisces A و Pisces B. إنهما صغيرتان وقاتمتان ، وما زلنا لا نعرف الكثير عنهما ، لكن ما نعرفه له انعكاسات عميقة على دراسة تشكيل وتطور المجرات القزمية.

الأقزام الفقيرة بالغاز والهيدروجين المحايد

الشكل 1 ، توليرود وآخرون. 2015. الصور الإذاعية والبصرية الأصلية لـ Pisces A و B. كانت الدقة رديئة للغاية ، لكنها ما زالت تسفر عن قياسات مسافة مناسبة.

تم اكتشاف الحوتين A و B قبل بضع سنوات فقط ، مع بيانات من مسح GALFA-HI الذي تم إجراؤه في مرصد Arecibo (Tollerud et al. 2015). قام GALFA-HI بقياس الانبعاثات في خط 21 سم ، وهو مؤشر رئيسي لغيوم الهيدروجين المحايدة. نظرًا لأن أي انبعاث هام لمركب عالي لا يمكن أن يأتي إلا من المناطق الغنية بالغاز ، فهي أداة سيئة لاكتشاف المجرات القزمة المستنفدة للغاز بالقرب من درب التبانة - وطريقة ممتازة للعثور على المجرات التي تحتوي على الكثير من غاز الهيدروجين وتكوين النجوم المستمر.

بعد التعرف على هذين المصدرين الراديويين ، وجدت الرصدات البصرية باستخدام التلسكوب WIYN الذي يبلغ طوله 3.5 أمتار نظائرها المرئية. وجد التحليل الطيفي Hα أن لكل مصدر بصري سرعة شعاعية شبه متطابقة كمصدر راديو مماثل ، مما يؤكد أنها كانت نفس الكائنات: المجرات القزمية ، على مسافات تتراوح بين 1.7 و 3.5 ميجاوات لكل بوصة (الحوت أ) و3-8-9.9 ميلا في الساعة (الحوت) ب) ، ووضعها على حافة المجموعة المحلية.

ظهرت التباينات في المسافات لأن المجموعة استخدمت طريقتين مختلفتين لتحديدها. إذا افترضنا أن المجرات منفصلة عن المجموعة المحلية ، فيمكننا استخدام قانون هابل وقياسات سرعاتها المعتادة لمعرفة مدى وجودها. ومع ذلك ، كان الفريق أيضًا قادرًا على تمييز بعض النجوم الشباب الزرقاء في المجرات ؛ من قياساتها الظاهرة ، توصلوا إلى قيم مختلفة أقل.

جزء من الشكل 3 ، Tollerud et al. 2015. لاحظ كيف أن Pisces A و B غني بالهيدروجين بشكل كبير مقارنة بمعظم المجرات القزمية من نفس الكتلة ، مما يسهل اكتشافها في استطلاعات HI.

عمالقة حمراء: الشموع القياسية أكثر موثوقية

بعد مرور عام ، استخدم الفريق تلسكوب هابل الفضائي لتصوير المجرات (Tollerud et al. 2016). أدى القياس الضوئي من الملاحظات إلى طريقة ثالثة أكثر دقة لقياس المسافات إلى المجرات: باستخدام طرف الفرع الأحمر العملاق (TRGB ، باختصار).

عندما يصل العملاق الأحمر إلى بداية العملية ثلاثية الألفا ، تزداد لمعانه بدرجة كبيرة عبر انفجار مفاجئ من الانصهار يسمى وميض الهيليوم. في حين أن الفلاش نفسه قصير ، فإن فترة التطور التي تلت ذلك تستمر لفترة أطول ، ويصبح النجم أكثر إشراقًا وإشراقًا ، ويصل في النهاية إلى نقطة تسمى طرف الفرع العملاق الأحمر. اتضح أن هذه النجوم جميعها لها نفس اللمعان ، بغض النظر عن الكتلة أو المعدن أو التركيب. هذا يجعلهم شموع قياسية ممتازة ، مثل متغيرات Cepheid.

الشكل 1 و 2 ، Tollerud et al. 2016. صور Hubble لـ Pisces A و B. في حين كانت صور WIYN جيدة بما يكفي لتمييز بعض المصادر النقطية ، كان Hubble قادراً على تقديم صور ذات دقة أعلى بكثير.

كانت قياسات هابل الضوئية جيدة بما فيه الكفاية بحيث يمكن استخدام طريقة TRGB ، وقدمت مسافات تتفق مع فكرة أن أقزام الحوت تقع خارج المجموعة المحلية: 5.6 و 9.2 Mpc ، على التوالي. مع قياسات المسافة الدقيقة في متناول اليد ، تمكنت المجموعة من تحديد المزيد من خصائص الزوج ، بما في ذلك اللمعان والكتل النجمية الكلية (حوالي 10 مليون كتلة شمسية لكل منهما).

ماذا يعني كل ذلك

الأمر المثير في الأمر هو أن الفريق أصبح قادرًا الآن على وضع هذه المجرات على الخريطة. اتضح أن كلاهما يقعان على حافة الفراغ المحلي. لسوء الحظ ، ليس لدينا بيانات تفصيلية كاملة في الاتجاهين الصحيحين ، لذلك لا يمكننا التأكد من أن الحوت A و B يخرجان من الفراغ. ومع ذلك ، لدينا بعض القرائن.

الشكل 12 ، Tollerud et al. 2016. خريطة المجرات القريبة إلى حوالي 10 مليون قطعة من الأرض. تقع المجموعة المحلية ، في الوسط ، صغيرة الحجم على ما يبدو.

أولاً ، شهد الزوج اندفاعًا في تكوين النجوم منذ فترة غير طويلة. من المعقول تمامًا أن يكون سبب ذلك تصادمًا مفاجئًا مع خيوط الغاز التي تشكل حدود الفراغ المحلي. بالإضافة إلى ذلك ، توزيعات HI تطابق تلك التي نتوقع أن نرى في المجرات الفارغة. أخيرًا ، كلتا هاتين المجرتين - وخاصة الحوت أ - أصغر من معظم المجرات المكونة للنجوم في المجموعة المحلية ، مما يعني أنها أكثر إحكاما. قد يشير هذا إلى أنهم يدخلون الآن في المسارات التطورية نفسها التي سافر بها نظرائهم في المجموعة المحلية منذ فترة طويلة.

الشكل 13 ، Tollerud et al. 2016. لاحظ كيف أن Pisces A و B أصغر بكثير من معظم المجرات المكونة للنجوم ، ولكنها أكثر إشراقًا من معظم المجرات السلبية (غير المكونة للنجوم).

هذه الفكرة الأخيرة هي التي تجعل Pisces A و B مثيرة بشكل خاص. إذا كانت بالفعل مجرات لاغية ، فيجب أن يكونوا قد قضوا معظم حياتهم دون عائق في البيئة البكر نسبيًا لـ Void Local. هذا يعني أنهم قد يتصرفون ويتصرفون مثل المجرات القزمية العادية التي اعتادت عليها ، مليارات ومليارات السنين. بعد أقل من 10 ملايين من أجهزة الكمبيوتر ، يمكن أن تكمن أدلة على الحياة المبكرة للعديد من أقرب جيراننا. إنها فكرة مثيرة للغاية.