مجموعة المجرات الأحفورية كما لاحظها XMM-Newton. اضغط للتكبير
تبدأ المجرات صغيرة ، ولكنها تنمو بمرور الوقت لأنها تندمج مع المجرات الأخرى. كل ما تبقى هو مجرة كبيرة تسمى مجموعة أحفورية تقع داخل هالة أكبر من المادة المظلمة. يحير الفلكيون في كيفية قدرة هذه المجموعات الأحفورية على التكون بسرعة - يجب ألا يتمكن البعض من القيام بذلك في عمر الكون. قدمت الملاحظات الجديدة من مراصد تشاندرا و XMM-Newton التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية أدلة جديدة حول كيفية انهيار هذه التكتلات وتكوينها.
من خلال الاستفادة من الحساسية العالية لـ XMM-Newton من ESA والرؤية الحادة لمراصد الفضاء Chandra X-Ray التابعة لوكالة ناسا ، درس الفلكيون سلوك مجموعات المجرات الأحفورية الضخمة ، محاولين معرفة كيف يجدون الوقت للتشكيل.
توجد العديد من المجرات في مجموعات المجرات ، حيث تواجه لقاءات وثيقة مع جيرانها وتتفاعل مع الجاذبية مع المادة المظلمة - الكتلة التي تتخلل الفضاء بين المجرات بالكامل ولكنها غير مرئية بشكل مباشر لأنها لا تنبعث منها إشعاعًا.
تسبب هذه التفاعلات المجرات الكبيرة في الدوران ببطء نحو مركز المجموعة ، حيث يمكن دمجها لتشكيل مجرة مركزية عملاقة واحدة ، والتي تبتلع جميع جيرانها بشكل تدريجي.
إذا استمرت هذه العملية حتى اكتمالها ، ولم تسقط مجرات جديدة في المجموعة ، فإن النتيجة هي كائن يُطلق عليه "مجموعة أحفورية" ، حيث يتم جمع كل النجوم تقريبًا في مجرة عملاقة واحدة ، تقع في مركز مجرة هالة المادة المظلمة بحجم المجموعة. يمكن استنتاج وجود هذه الهالة من وجود غاز ساخن واسع النطاق ، والذي يملأ آبار الجاذبية المحتملة للعديد من المجموعات ويبعث أشعة سينية.
درست مجموعة من علماء الفلك الدوليين بالتفصيل السمات الفيزيائية لأكبر مجموعة أحفورية معروفة وساخنة ، بهدف رئيسي حل لغز وفهم تشكيل أحافير ضخمة. في الواقع ، وفقًا للنماذج النظرية البسيطة ، لم يكن من الممكن أن تكون قد تشكلت في الوقت المتاح لها!
المجموعة الأحفورية التي تم بحثها ، تسمى "RX J1416.4 + 2315" ، تهيمن عليها مجرة إهليلجية واحدة تقع على بعد كيلومتر ونصف من مليون سنة ضوئية ، وهي أكثر سطوعًا بمقدار 500 ألف مليون مرة من الشمس.
كشفت ملاحظات XMM-Newton و Chandra X-ray ، جنبًا إلى جنب مع التحليلات الضوئية والأشعة تحت الحمراء ، أن المجموعة تجلس داخل هالة غاز ساخن تمتد لأكثر من ثلاثة ملايين سنة ضوئية وتسخن إلى درجة حرارة 50 مليون درجة ، ويرجع ذلك أساسًا إلى تسخين الصدمة نتيجة انهيار الجاذبية.
عادة ما تكون درجة الحرارة العالية هذه ، التي تبلغ ضعف القيم المقدرة سابقًا ، مميزة لمجموعات المجرات. ميزة أخرى مثيرة للاهتمام لنظام الكتلة بأكمله هي كتلته الكبيرة ، التي تصل إلى أكثر من 300 تريليون كتلة شمسية. فقط حوالي 2 بالمائة منها على شكل نجوم في المجرات ، و 15 بالمائة على شكل غاز ساخن ينبعث من الأشعة السينية. المساهم الرئيسي في كتلة النظام هو المادة المظلمة غير المرئية ، التي تربط جاذبية المكونات الأخرى.
وفقًا للحسابات ، فإن الكتلة الأحفورية الضخمة مثل RX J1416.4 + 2315 لم يكن لديها الوقت لتتكون خلال عمر الكون بأكمله. إن العملية الرئيسية في تكوين مثل هذه المجموعات الأحفورية هي العملية المعروفة باسم "الاحتكاك الديناميكي" ، حيث تفقد مجرة كبيرة طاقتها المدارية إلى المادة المظلمة المحيطة. تكون هذه العملية أقل فعالية عندما تتحرك المجرات بسرعة أكبر ، وهو ما تفعله في "مجموعات" المجرات الضخمة.
وهذا ، من حيث المبدأ ، يحدد الحد الأعلى لحجم وكتلة المجموعات الأحفورية. ومع ذلك ، فإن الحدود الدقيقة لا تزال غير معروفة لأن الهندسة والتوزيع الجماعي للمجموعات قد تختلف عن تلك المفترضة في النماذج النظرية البسيطة.
يقول حبيب خسروشاهي من جامعة برمنغهام (المملكة المتحدة) ، المؤلف الأول للنتائج: "نماذج بسيطة لوصف الاحتكاك الديناميكي تفترض أن المجرات المدمجة تتحرك على مدار مدارات دائرية حول مركز الكتلة العنقودية". ويتابع قائلاً: "بدلاً من ذلك ، إذا افترضنا أن المجرات تسقط باتجاه مركز الكتلة النامية بطريقة غير متماثلة ، على سبيل المثال ، على طول الفتيل ، والاحتكاك الديناميكي ، وبالتالي قد تحدث عملية تكوين الكتلة في نطاق زمني أقصر". ويدعم مثل هذه الفرضية انبعاث الأشعة السينية المطول للغاية الذي لاحظناه في RX J1416.4 + 2315 ، لدعم فكرة الانهيار على طول خيوط سائدة. "
يشبه السطوع البصري للمجرة المركزية السائدة في هذه الأحافير سطوع المجرات الساطعة في العناقيد الكبيرة (تسمى "BCGs"). وفقا لعلماء الفلك ، هذا يعني أن هذه المجرات يمكن أن تكون قد نشأت في مجموعات أحفورية تتراكم حولها الكتلة لاحقًا. يوفر هذا آلية بديلة لتشكيل BCGs مقارنة بالسيناريوهات الموجودة التي تتشكل فيها BCGs داخل العناقيد أثناء أو بعد انهيار الكتلة.
يضيف خسروشاهي: "إن دراسة المجموعات الأحفورية الضخمة مثل RX J1416.4 + 2315 مهمة لاختبار فهمنا لتكوين البنية في الكون". ويخلص إلى أن "المحاكاة الكونية جارية تحاول إعادة إنتاج الخصائص التي نلاحظها ، من أجل فهم كيفية تطور هذه الأنظمة المتطرفة".
المصدر الأصلي: بيان صحفي لوكالة الفضاء الأوروبية
