دانشمندان و ستارهشناسان در جریان جدیدترین پژوهشهای خود، شواهدی شگفتانگیز از تاریخچه تاریک و پرجرم کهکشان راه شیری کشف کردهاند. بر اساس یافتههای جدید، یک مجموعه غیرعادی از ستارهها پیدا شده است که احتمالاً بقایای یک کهکشان کوتوله باستانی هستند؛ کهکشانی که نزدیک به ۱۰ میلیارد سال پیش توسط کهکشان راه شیری بلعیده شده است. اخترشناسان این کهکشان باستانی را به یاد خدای شرارت در اساطیر اسکاندیناوی، «لوکی» (Loki) نامیدهاند. این کشف بزرگ میتواند درک فعلی ما را از چگونگی تکامل و شکلگیری کهکشان راه شیری در گذشتههای دور به طور کامل تغییر دهد.
به گزارش واضح به نقل از ScienceSpace / CNN، کهکشان پهناور راه شیری بر اساس دادههای سازمان فضایی ناسا (NASA)، پهنایی در حدود ۱۰۰,۰۰۰ سال نوری دارد و میزبان ۱۰۰ میلیارد تا ۴۰۰ میلیارد ستاره است. یک سال نوری، مسافتی است که نور در مدت یک سال طی میکند که معادل ۵.۸۸ تریلیون مایل (۹.۴۶ تریلیون کیلومتر) است.
اما خانه کهکشانی ما همیشه چنین غول کیهانی نبوده است. راه شیری در طول زمان و با شروع از حدود ۱۲ میلیارد سال پیش، از طریق ادغام با تعداد زیادی از کهکشانهای کوتوله رشد کرده است. با این حال، اندازه و جرم اولیه کهکشان راه شیری هنوز یک سوال بدون پاسخ باقی مانده است؛ موضوعی که دانشمندان را ترغیب میکند تا برای تعیین تاریخچه و تکامل آن، به دنبال شواهدی از کهکشانهای بلعیده شده توسط آن بگردند.
کشف ستارههای فقیر از نظر فلز در نزدیکی دیسک کهکشانی
بر اساس مطالعهای که در ماه می در مجله معتبر Monthly Notices of the Royal Astronomical Society منتشر شد، ستارهشناسان برای شناسایی این قطعات گمشده از پازل کیهانی، روی دستهای از ستارههای کمفلز (Metal-poor stars) تمرکز کردهاند که به طرز عجیبی در نزدیکی دیسک کهکشانی قرار گرفتهاند.
اخترشناسان به این ستارههای نزدیک به دیسک – یک منطقه عظیم چرخشی و پهن مانند پنکیک که بیشتر ستارههای راه شیری را در خود جای داده است – علاقه زیادی دارند؛ زیرا اولین ستارهها در جهان تنها از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده بودند. این ستارههای اولیه عناصر سنگینتر را در هسته خود ذوب کردند و سپس با انفجار خود (سوبرنوا)، این عناصر سنگین را آزاد کرده و نسلهای بعدی ستارهها را غنی ساختند.
در نتیجه، ستارههای فقیر از نظر فلز اغلب با کهکشانهای کوتوله باستانی مرتبط هستند؛ کهکشانهایی که راه شیری احتمالاً در طول زمان آنها را بلعیده تا به وضعیت عظیم فعلی خود برسد. اکنون به نظر میرسد بقایای این وعدههای غذایی کیهانی در اعماق کهکشان ما پنهان شدهاند. ترکیب کمفلز این ستارههای باستانی در نزدیکی دیسک کهکشانی نشان میدهد که راه شیری در اوایل تاریخ خود، یک کهکشان نسبتاً بزرگ دیگر را به عنوان یک وعده غذایی بزرگ میل کرده است و این ستارهها میتوانند نشاندهنده یک واحد ساختاری حیاتی و نادیده گرفته شده در کهکشان ما باشند.
جستجو برای یافتن ستارههای بسیار فقیر از فلز (VMP)
دکتر کارا باترزبی، دانشیار فیزیک در دانشگاه کانکتیکات که در این مطالعه شرکت نداشته است، میگوید: «اخترشناسان مانند کارآگاهان جهان هستند که کیهان را برای یافتن نشانههایی از منشأ آن جستجو میکنند و ستارههای بسیار فقیر از نظر فلز یا VMP (Very-Metal-Poor stars) ابزاری قدرتمند در این مأموریت هستند.»
باترزبی در یک ایمیل نوشت: «ستارههای VMP میلیاردها سال است که وجود دارند و سرنخهایی از شکلگیری اولین نسلهای ستارهای جهان را در خود نگه داشتهاند. مطالعه ترکیب و حرکت این ستارههای کمفلز میتواند جزئیاتی درباره شرایط و پویایی جهان اولیه را آشکار کند.»
جستجو برای یافتن ستارههای فقیر از نظر فلز در راه شیری تا حد زیادی بر محدوده وسیعی از ستارههای پیر در هاله ستارهای (Stellar halo) کهکشان متمرکز بوده است؛ منطقهای که به این نام خوانده میشود چون یک ابر پخششده، بزرگ و گرد است که دیسک کهکشانی را احاطه کرده است. با این حال، برخی از اخترشناسان معتقدند شواهد ادغامهای باستانی بیشتر را میتوان در بخشهای عمیقتر کهکشان راه شیری، مانند دیسک آن پیدا کرد.
چالشهای رصد در دیسک کهکشانی و نقش تلسکوپ فضایی گایا
دکتر فدریکو سستیتو، نویسنده اصلی این مطالعه و پژوهشگر فوقدکترا در مرکز تحقیقات اخترفیزیک دانشگاه هرتفوردشایر در انگلستان، میگوید: «فراوانی ستارههای جوان و غنی از فلز و همچنین حجم عظیمی از گرد و غبار متراکم در دیسک کهکشانی، شناسایی ستارههای فقیر از نظر فلز را در آنجا دشوار کرده است.»
سستیتو و همکارانش با استفاده از مشاهدات تلسکوپ فضایی گایا (Gaia) متعلق به آژانس فضایی اروپا، ۲۰ ستاره کمفلز را در نزدیکی غیرمنتظرهای به دیسک شناسایی کردند. این رصدخانه فضایی حرکات و ترکیبات ۲ میلیارد ستاره را در سراسر کهکشان راه شیری بین جولای ۲۰۱۴ تا ژانویه ۲۰۲۵ نقشهبرداری کرده بود. سپس، سستیتو و تیمش از ابزار طیفسنج با وضوح بالا در تلسکوپ کانادا-فرانسه-هاوایی در نزدیکی قله مائوناکی در هاوایی برای بررسی دقیق این ستارهها استفاده کردند.
سستیتو گفت که تعیین سن دقیق این ستارهها دشوار است، اما ترکیب شیمیایی آنها نشان میدهد که قدمتی بیش از ۱۰ میلیارد سال دارند و همه آنها در فاصله تقریبی ۷,۰۰۰ سال نوری از منظومه شمسی ما قرار گرفتهاند. بر اساس این مطالعه، این ستارهها همچنین دارای ترکیبات شیمیایی مشابهی هستند که نشان میدهد همگی از یک کهکشان کوتوله کمفلز واحد منشأ گرفتهاند.
مدارهای متضاد ستارهها؛ کلید کشف کهکشان لوکی
یازده تن از این ستارهها در یک مدار پیشرونده (Prograde orbit) یعنی در همان جهت حرکت دیسک کهکشانی حرکت میکردند، در حالی که نه ستاره در یک مدار پسرونده (Retrograde orbit) یا در جهت مخالف در حال حرکت بودند. این ستارهها احتمالاً بقایای یک کهکشان کوتوله هستند که تنها چند میلیارد سال پس از بیگ بنگ (Big Bang) – که جهان را در حدود ۱۳.۸ میلیارد سال پیش به وجود آورد – توسط راه شیری بلعیده شدهاند.
باترزبی گفت که نویسندگان مطالعه معتقدند این ستارههای جذبشده یا ربودهشده، به سادگی به عنوان بخشی از کهکشان ما باقی ماندهاند، به اطراف برخورد کردهاند و در الگوهای مداری متفاوتی قرار گرفتهاند.
سستیتو در این باره نوشت: «اگر سناریوی کهکشان لوکی درست باشد، پس سیستمی که با کهکشان ما ادغام شده است، میتوانست ستارههای خود را هم در جهت موافق و هم در جهت مخالف دیسک به جای بگذارد. این امر تنها در صورتی امکانپذیر است که رویداد ادغام زمانی رخ داده باشد که کهکشان راه شیری ما هنوز نوزاد و کوچکتر بوده و پتانسیل گرانشی آن ضعیفتر از امروز بوده است. شبیهسازیهای کیهانشناسی نشان میدهند که این اتفاق نباید دیرتر از ۳ یا ۴ میلیارد سال پس از بیگ بنگ رخ داده باشد.»
دکتر هانس-والتر ریکس، مدیر دپارتمان کهکشانها و کیهانشناسی در موسسه ستارهشناسی ماکس پلانک در آلمان که در این پژوهش مشارکتی نداشته، معتقد است که تحسینبرانگیزترین بخش این مطالعه این است که «چگونه آنها از فراوانی عناصر شیمیایی دقیق به عنوان یک اثر انگشت برای شناسایی منشأ تولد مشترک این ستارهها در یک کهکشان اقماری متلاشیشده استفاده کردهاند؛ حتی با وجود اینکه برخی از ستارهها در مسیر درست و برخی در مسیر اشتباه حرکت میکنند.»
چرا نام این کهکشان باستانی را «لوکی» گذاشتند؟
سستیتو میگوید دلیل انتخاب نام «لوکی» (Loki) برای این کهکشان کوتوله باستانی این بوده است که رمزگشایی از نیات این خدای مکار در داستانهای اساطیری بسیار دشوار است.
سستیتو گفت: «به طور مشابه، این ستارههای جذبشده نیز ما را برای درک منشأ خود به زحمت انداختند. در ابتدا هضم این واقعیت آسان نبود که یک سیستم بلعیده شده بتواند ستارههای خود را در هر دو مدار موافق و مخالف دیسک پراکنده کند.»
او اضافه کرد که توضیح دیگر برای این ستارهها میتواند این باشد که آنها ناشی از بیش از یک رویداد ادغام با کهکشان راه شیری هستند. اما باترزبی معتقد است ایده ادغام ستارههای یک کهکشان واحد در دل راه شیری بسیار جذاب و شایسته مطالعه بیشتر است.
ردیابی وعدههای غذایی کهکشان راه شیری و پدیده همنوعخواری کیهانی
کهکشان راه شیری از طریق فرآیندی به نام همنوعخواری کهکشانی (Galactic cannibalism) رشد کرده است؛ پدیدهای که در آن یک کهکشان بزرگ، یک کهکشان کوچک را میبلعد و از نیروی گرانش عظیم خود برای جذب ستارهها و گازهای آن استفاده میکند. دکتر الکساندر جی، استادیار دپارتمان نجوم و اخترفیزیک در دانشگاه شیکاگو میگوید که بقایای به جا مانده از این وعدههای غذایی، اخترشناسان را قادر میسازد تا “تاریخچه تغذیه” کهکشان را بازسازی کنند.
الکساندر جی در ایمیلی نوشت: «همواره ادغامهای کوچک زیادی در حال رخ دادن است، اما وعدههای غذایی واقعاً بزرگ میتوانند تاریخچه رشد کهکشان راه شیری را تغییر دهند.»
یکی از این رویدادهای دگرگونکننده زمانی رخ داد که کهکشان راه شیری در حدود ۸ تا ۱۰ میلیارد سال پیش با کهکشان غولپیکر Gaia-Sausage-Enceladus ادغام شد. جی گفت: «ما فکر میکنیم که آن رویداد به راه شیری کمک کرد تا از فاز متلاطم اولیه خود خارج شده و به دیسک در حال رشد پایدارتری که امروز دارد، تبدیل شود.»
مطالعه جدید نشان میدهد که ادغام راه شیری با کهکشان لوکی تقریباً هممقیاس با رویداد بزرگ Gaia-Sausage-Enceladus بوده است. اما جی افزود که شواهد این رویداد تا حد زیادی پنهان مانده است، زیرا یافتن بقایای لوکی در نزدیکی دیسک راه شیری کار بسیار سختی است.
جی در پایان اشاره کرد: «اگر این موضوع واقعی باشد، نشان میدهد که ما بخش عمدهای از تاریخچه شکلگیری کهکشان راه شیری را گم کردهایم و ممکن است نیاز باشد برای دیدن تأثیر چنین رویدادی، تصویر فعلی خود را بازبینی کنیم. این یک احتمال جدید و جالب است که ارزش دنبال کردن را دارد و من انتظار دارم افرادی با استفاده از مجموعهدادههای بزرگتر، به دنبال آزمایش این موضوع باشند که آیا کهکشان لوکی واقعاً وجود داشته است یا خیر.»