Abell2146؛ ابرخوشه‌ کهکشانی تاریک و درخشان

به گزارش سرویس ترجمه ایمنا، جهان یک سیستم بسیار پویا است و ساختارهای آن به‌صورت سلسله‌مراتبی شکل می‌گیرد؛ به این معنا که دو جسم کوچک‌تر تحت‌تأثیر گرانش به هم می‌رسند و جرمی بزرگ‌تر را ایجاد می‌کنند.

مواد در کیهان تحت‌تأثیر گرانش اولیه، برای ایجاد ساختاری که درحال‌حاضر با تلسکوپ‌ها قابل مشاهده است به هم پیوستند. از سیارات و ستارگانی که منظومه‌های خورشیدی را تشکیل می‌دهند تا مجموعه‌های وسیعی از منظومه‌های ستاره‌ای تشکیل‌دهنده کهکشان‌ها برای ایجاد بزرگ‌ترین اجرام گرانشی در جهان یعنی خوشه‌های کهکشانی، گرانش اجسامی را در مقیاس‌های بسیار متفاوت تشکیل داد.

خوشه‌های کهکشانی حاوی هزاران کهکشان در هر سن، شکل، اندازه و مقادیر عظیمی از گاز داغ و ماده تاریک هستند که از بزرگ‌ترین ساختارهای جهان محسوب می‌شوند و جرم آن‌ها به‌طورمعمول چندین برابر جرم خورشید است. برخورد بین خوشه‌های کهکشانی، برخلاف آنچه بشر از زمان انفجار بزرگ شاهد بوده است، مقادیر عظیمی انرژی آزاد می‌کند و آزمایشگاه‌های فیزیک را برای دانشمندان و اختر فیزیکدانان فراهم می‌آورد که روی زمین در دسترس نیست.

آبل ۲۱۴۵؛ آزمایشگاهی برای مطالعه امواج ضربه‌ای

آبل ۲۱۴۶ (Abell2146)، یک جفت خوشه کهکشانی در حال برخورد است که ۲.۸ میلیون سال نوری از زمین فاصله دارد و با توجه به این‌که به‌نظر می‌رسد از زمانی که دو خوشه کهکشانی با یکدیگر برخورد کرده‌اند مدت کوتاهی می‌گذرد، این سیستم بسیار خاص است. آبل ۲۱۴۶ در جهتی از آسمان قرار دارد که قابلیت مشاهده برخورد آن از پهلو را برای ساکنان زمین فراهم می‌آورد و منظره‌ای عالی از کهکشان‌ها، ماده تاریک و پلاسمای مداخله‌گر بین کهکشان‌هایی را فراهم می‌کند که پرتوهای ایکس از خود ساطع می‌کنند.

رصد طولانی‌مدت این خوشه توسط رصدخانه پرتو ایکس چاندرا نشان داد که ارتباط عمیقی بین بعضی از بزرگ‌ترین و پرانرژی‌ترین رویدادهای کیهان و رویدادهای بسیار کوچک‌تر و ضعیف‌تری وجود دارد که توسط خورشید تغدیه می‌شوند و نیرو می‌گیرند. دو جبهه شوک در آبل ۲۱۴۶ از درخشان‌ترین و واضح‌ترین جبهه‌های شوک شناخته‌شده در میان خوشه‌های کهکشانی هستند.

تصویر منتشرشده توسط ناسا از آبل ۲۱۴۶ عمیق‌ترین تصویر پرتو ایکسی است که تاکنون از جبهه‌های شوک در یک خوشه کهکشانی به‌دست آمده است و در آن داده‌های پرتو ایکس چاندرا (به رنگ بنفش)، نشان‌دهنده گاز داغ است و داده‌های اپتیکی تلسکوپ سوبارو (به رنگ‌های قرمز و سفید) کهکشان‌ها را نشان می‌دهد. در این تصویر مشخص شده که یک خوشه به سمت چپ رو به پایین در حال حرکت است و خوشه دیگر را از میان شکاف داده است. گازهای داغ در خوشه اولی در برخورد با گازهای داغ خوشه دیگر یک موج ضربه‌ای را به بیرون فرستاده که شبیه یک بوم صوتی است که توسط جت مافوق صوت ایجاد شده باشد.

طول موج ضربه‌ای حدود ۱.۶ میلیون سال نوری است و به‌راحتی در نسخه‌ای از تصویر اشعه ایکس که برای تأکید بر ویژگی‌های واضح پردازش شده است، دیده می‌شود. هسته مرکزی گاز داغ در خوشه دوم و دنباله گازی که پشت سر گذاشته نیز کاملاً در تصویر مشخص است. موج ضربه‌ای دوم با اندازه‌ای مشابه با موج دیگر، در پشت این برخورد دیده می‌شود. ویژگی‌های این‌چنینی که «شوک بالادست» نامیده می‌شود از تعامل پیچیده گازهای تفکیک‌شده از خوشه در حال سقوط و گاز خوشه اطراف ناشی می‌شود.

امواج ضربه‌ای مانند امواجی که توسط یک جت مافوق صوت ایجاد می‌شوند، شوک‌های برخوردی هستند که شامل برخورد مستقیم بین ذرات می‌شود. در جو زمین در نزدیکی سطح دریا، ذرات گاز معمولاً پیش از برخورد با ذره دیگر تنها حدود چهار میلیونم اینچ حرکت می‌کنند. برعکس در خوشه‌های کهکشانی و باد خورشیدی (جریان‌های ذرات دور از خورشید) به دلیل این‌که گاز بسیار پراکنده و چگالی بسیار کم است برخورد مستقیم بین ذرات به‌ندرت اتفاق می‌افتد تا بتواند امواج ضربه‌ای ایجاد کند. در خوشه‌های کهکشانی ذرات معمولاً قبل از برخورد باید حدود ۳۰ تا ۵۰ هزار سال نوری طی کنند. در عوض شوک‌های موجود در این محیط‌های کیهانی بدون برخوردهایی هستند که در اثر فعل و انفعالات بین ذرات باردار و میدان‌های مغناطیسی ایجاد می‌شوند.

رصدخانه اشعه ایکس چاندرا و رصد آبل ۲۱۴۶

رصدخانه پرتو ایکس چاندرا درمجموع ۲۳ روز آبل ۲۱۴۶ را مورد رصد قرار داد و عمیق‌ترین تصویر پرتو ایکسی را ارائه کرد که تاکنون از جبهه‌های شوک در یک خوشه کهکشانی به دست آمده بود. دو جبهه شوک در آبل ۲۱۴۶ از درخشان‌ترین و واضح‌ترین جبهه‌های شوک شناخته شده در میان خوشه‌های کهکشانی هستند.

با استفاده از داده‌های قدرتمند چاندرا، دمای گاز پشت امواج آبل ۲۱۴۶ مورد مطالعه قرار گرفت و مشخص شد مشابه اثری که در بادهای خورشیدی مشاهده می‌شود، الکترون‌ها عمدتاً با فشرده‌سازی گاز توسط شوک گرم شده‌اند. بقیه گرمایش نیز در اثر برخورد بین ذرات رخ داده است و از آنجا که گاز بسیار پراکنده است، این گرمایش اضافی به‌آرامی و طی حدود ۲۰۰ میلیون سال رخ داده است.

تصاویر ارسالی چاندرا همچنین از چنان وضوحی برخوردار است که می‌تواند اندازه‌گیری کند حرکات تصادفی گاز تا چه میزان می‌تواند جبهه شوک را محو کند که از نظر تئوری انتظار می‌رود بسیار باریک‌تر باشد. محققین حرکت تصادفی گاز در آبل ۲۱۴۶ را حدود ۶۵۰ مایل در ساعت اندازه‌گیری کرده‌اند. امواج ضربه‌ای برای زمینه‌های تحقیقاتی دیگر از جمله تشعشعات ناشی از شوک‌های باد خورشیدی که می‌تواند بر عملکرد فضاپیما و همچنین ایمنی انسان در فضا تأثیر منفی بگذارد نیز دارای اهمیت است.