مجرة درب التبانة. حقوق الصورة: Serge Brunier. اضغط للتكبير
يبدو أن أبرز المجرات الساتلية في درب التبانة - زوج من المجرات يسمى سحابة ماجلان - يتفاعل مع المادة المظلمة المظلمة في درب التبانة لخلق انفتال غامض في قرص المجرة الذي حير الفلكيين لمدة نصف قرن.
يمتد الالتواء ، الذي يظهر بوضوح أكبر في القرص الرقيق لغاز الهيدروجين الذي يتخلل المجرة ، عبر قطر 200 ألف سنة ضوئية لدرب التبانة بالكامل ، حيث تجلس الشمس والأرض في مكان ما بالقرب من الثنية. قام ليو بليتز ، أستاذ علم الفلك في جامعة كاليفورنيا في بيركلي ، وزملاؤه إيفان ليفين وكارل هيليس ، برسم هذه الالتواء وتحليلها بالتفصيل لأول مرة ، بناءً على خريطة مجرية جديدة لغاز الهيدروجين (HI) الانبعاثات.
ووجدوا أن طبقة الغاز الذري تهتز مثل الأسطوانة ، وأن الاهتزاز يتكون بالكامل تقريبًا من ثلاث ملاحظات أو أوضاع.
رفض علماء الفلك في السابق الغيوم Magellanic - التي تتكون من غيوم Magellanic الكبيرة والصغيرة - كسبب محتمل للانفتال المجري لأن كتل المجرات المجمعة هي 2 في المائة فقط من القرص. كان يُعتقد أن هذه الكتلة صغيرة جدًا بحيث لا يمكنها التأثير على قرص ضخم يعادل حوالي 200 مليار شمس خلال مدار المجرة البالغ 1.5 مليار سنة من السحب.
ومع ذلك ، فإن المنظر مارتن د. واينبرغ ، أستاذ علم الفلك في جامعة ماساتشوستس ، أمهيرست ، تعاون مع Blitz لإنشاء نموذج كمبيوتر يأخذ في الاعتبار المادة المظلمة لدرب التبانة ، والتي ، على الرغم من أنها غير مرئية ، فهي أكبر 20 مرة من كل المواد المرئية في المجرة مجتمعة. حركة الغيوم عبر المادة المظلمة تخلق يقظة تعزز تأثيرها الثقالي على القرص. عندما يتم تضمين هذه المادة المظلمة ، فإن الغيوم Magellanic ، في مدارها حول درب التبانة ، تتكاثر عن كثب نوع السداة التي لوحظت في المجرة.
قال بليتز ، مدير مختبر علم الفلك الراديوي بجامعة كاليفورنيا في بيركلي: "لا ينتج النموذج هذه الالتواء في درب التبانة فحسب ، ولكن خلال دورة دوران الغيوم ماجلان حول المجرة ، يبدو أن درب التبانة يتدفق في النسيم".
قال وينبرغ: "كان الناس يحاولون النظر في ما يخلق هذه السداة لفترة طويلة جدًا". "لا تزال المحاكاة لدينا غير ملائمة تمامًا ، ولكن لديها الكثير من طابع البيانات الفعلية."
وسيقدم ليفين ، وهو طالب دراسات عليا ، نتائج العمل في واشنطن العاصمة يوم 9 يناير خلال جلسة الساعة العاشرة صباحًا حول بنية المجرة في اجتماع الجمعية الفلكية الأمريكية. ويلخص بليتز العمل في وقت لاحق من ذلك اليوم خلال الساعة 12:30 مساءً. إحاطة إعلامية في غرفة ويلسون سي التابعة لفندق ماريوت واردمان بارك.
إن تفاعل الغيوم Magellanic مع المادة المظلمة في المجرة لإنتاج انفتال غامض في طبقة غاز الهيدروجين يذكرنا بالمفارقة التي أدت إلى اكتشاف المادة المظلمة منذ حوالي 35 عامًا. عندما قام الفلكيون ببناء تلسكوبات أفضل وأفضل قادرة على قياس سرعات النجوم والغاز في المناطق الخارجية لمجرتنا ، اكتشفوا أن هذه النجوم تتحرك أسرع بكثير مما هو متوقع من العدد المرصود وكتلة النجوم في مجرة درب التبانة بأكملها. فقط باستدعاء فكرة هرطقة آنذاك ، أن 80 بالمائة من كتلة المجرة كانت مظلمة للغاية بحيث لا يمكن رؤيتها ، يمكن للفلكيين التوفيق بين السرعات والنظريات الفيزيائية المعروفة.
على الرغم من أن لا أحد يعرف الهوية الحقيقية لهذه المادة المظلمة - الإجماع الحالي هو أنها مادة غريبة وليست نجومًا معتمة جدًا ، إلا أن الفلكيين يأخذونها في الاعتبار في محاكاة ديناميكيات الكونية ، سواء لشرح تأثير العدسة المجرات وعناقيد المجرات على الضوء من المجرات الخلفية ، أو لوصف تطور عناقيد المجرات في الكون المبكر.
ومع ذلك ، فقد توصل بعض الفيزيائيين إلى نظرية جاذبية بديلة تسمى ديناميكيات نيوتونية معدلة ، أو MOND ، تسعى إلى تفسير هذه الملاحظات دون اللجوء إلى الاعتقاد بكمية كبيرة من الكتلة غير المكتشفة في الكون ، مثل فيل غير مرئي في الغرفة. على الرغم من أن موند يمكن أن يفسر بعض الأشياء ، إلا أن واينبرغ يعتقد أن النظرية ستواجه وقتًا صعبًا في تفسير الالتفاف في درب التبانة.
وقال: "بدون هالة المادة المظلمة ، فإن الشيء الوحيد الذي يمكن أن يشعر به قرص الغاز هو الجاذبية المباشرة من الغيوم ماجلان نفسها ، والتي ثبت في السبعينيات أنها لا تعمل". "يبدو سيئًا لـ MOND ، في هذه الحالة."
نظرًا لأن العديد من المجرات تشوه الأقراص ، فقد تفسرها ديناميات مماثلة أيضًا. في كلتا الحالتين ، يقول الباحثون إن عملهم يشير إلى أن الالتواءات توفر طريقة للتحقق من وجود المادة المظلمة.
كانت نقطة البداية لهذا البحث هي البيانات الطيفية الجديدة التي تم إصدارها في الصيف الماضي حول انبعاثات الهيدروجين 21 سم في درب التبانة. قام المسح ، ال Leiden-Argentina-Bonn أو LAB Survey of Galactic HI ، بدمج مسح السماء الشمالية الذي أجراه علماء الفلك في هولندا (مسح Leiden / Dwingeloo) مع مسح السماء الجنوبية من معهد Argentino de Radioastronom؟ a. تم تصحيح البيانات من قبل العلماء في معهد علم الفلك الإشعاعي بجامعة بون ، ألمانيا.
أخذ Blitz و Levine and Heiles ، أستاذ علم الفلك في جامعة كاليفورنيا في بيركلي ، هذه البيانات وأنتجوا خريطة جديدة ومفصلة للهيدروجين الذري المحايد في المجرة. هذا الهيدروجين ، الذي يتم توزيعه في طائرة بأبعاد مثل أبعاد القرص المضغوط ، يتكثف في النهاية إلى سحب جزيئية تصبح مشاتل نجمي.
مع وجود الخريطة في متناول اليد ، تمكنوا من وصف الالتفاف بطريقة رياضية على أنها مزيج من ثلاثة أنواع مختلفة من الاهتزازات: رفرفة حافة القرص لأعلى ولأسفل ، واهتزازات جيبية مثل تلك التي تظهر على رأس الطبل ، وتذبذب على شكل سرج. هذه "النوتات" الثلاثة هي حوالي 3 ملايين أوكتاف تحت الوسط C.
قال بليتز: "وجدنا شيئًا مثيرًا للدهشة جدًا ، حيث يمكننا وصف الالتفاف بثلاثة أنماط من الاهتزاز ، أو ثلاث ملاحظات ، وثلاثة فقط" ، مشيرًا إلى أن هذا الوصف الرياضي البسيط للالتفاف قد أفلت من ملاحظة علماء الفلك منذ التواء اكتشاف عام 1957.
وأضاف ليفين: "كنا نحاول في الواقع تحليل بنية" سكالوب "أكثر تعقيدًا للقرص ، وهذا الهيكل الاهتزازي البسيط والأنيق ظهر للتو.
الالتواء الحالي في قرص الغاز هو مزيج من هذه الأوضاع الاهتزازية الثلاثة ، تاركًا نصف القرص المجري ملتصقًا فوق مستوى النجوم والغاز ، بينما ينخفض النصف الآخر أسفل القرص قبل أن يرتفع إلى الأعلى مرة أخرى إلى الخارج من مركز المجرة. سيتم نشر نتائج هذا التحليل في العدد القادم من مجلة Astrophysical Journal.
اعتقد واينبرغ أنه يمكن أن يفسر الالتواء المرصود ديناميكيًا ، واستخدم أجهزة الكمبيوتر لحساب تأثير الغيوم Magellanic التي تدور حول درب التبانة ، تحرث عبر هالة المادة المظلمة التي تمتد بعيدًا إلى مدار السحب.
ما وجده هو و Blitz هو أن استيقاظ الغيوم عبر المادة المظلمة يثير اهتزازًا أو رنينًا في مركز المادة المظلمة ، مما يجعل القرص المدمج في الهالة يتأرجح بقوة في ثلاثة أوضاع متميزة. تذكر الحركة المدمجة خلال مدار 1.5 مليار سنة من الغيوم Magellanic بحواف مفرش المائدة في الرياح ، حيث يتم تثبيت مركز القرص.
قال بليتز: "غالبًا ما نعتقد أن الالتواء ثابت ، لكن هذه المحاكاة تُظهر أنه ديناميكي جدًا".
يواصل كل من Blitz و Levine و Heiles بحثهم عن الحالات الشاذة في بنية قرص درب التبانة. يأمل واينبرغ في استخدام بيانات مجموعة UC Berkeley وتحليلها لتحديد شكل هالة المادة المظلمة لدرب التبانة.
يدعم البحث العلمي لمجموعة UC Berkeley مؤسسة العلوم الوطنية. ويدعم واينبرغ جزئيًا وكالة ناسا و NSF.
المصدر الأصلي: UC Berkeley News Release
