تيار نجمي بعيد يتيح طريقة جديدة لرسم خريطة المادة المظلمة

حدّد علماء الفلك مساراً خافتاً من النجوم في مجرة تقع خارج درب التبانة، في أول رصد لتيار نجمي ناتج عن عُنقود كروي خارج مجرتنا. ويُظهر الرصد أيضاً أن هذه البنى الرقيقة يمكن استخدامها لدراسة المادة المظلمة في المجرات البعيدة.

قاد فريق البحث الدولي جولي كيل هولم من معهد نيلس بور وسارة بيرسون من فضاء DTU. ونُشرت نتائجه في نيتشر، وفقاً لموقع ساينس ديلي، الذي أورد تقريراً استناداً إلى مواد زوّدته بها جامعة كوبنهاغن.

يقع التيار في UGC9050-Dw1، وهي مجرة فائقة الانتشار. وتبعث هذه المجرات القليل جداً من الضوء، ما يجعل دراسة المجرة والسمة النجمية الضيقة داخلها أمراً صعباً. واستخدم الباحثون التيار الذي جرى تحديده حديثاً لإنتاج تقديرات للكتلة الإجمالية للمجرة، ولطريقة توزّع تلك الكتلة فيها.

وتشير نتائجهم إلى أن UGC9050-Dw1 تحتوي على كمية كبيرة من المادة المظلمة، بما يتوافق مع دراسات سابقة عن المجرات فائقة الانتشار. ولا تكمن أهمية الدراسة في اكتشاف التيار فحسب، بل أيضاً في إظهار أن تقنية استُخدمت سابقاً في درب التبانة يمكن أن تنجح في مجرة أخرى.

مسار تشكّله الجاذبية

العناقيد الكروية هي مجموعات كثيفة من النجوم مرتبطة معاً بجاذبيتها المتبادلة. ومع تحرّك عنقود عبر مجرته المضيفة، يمكن لمجال الجاذبية الخاص بالمجرة الأكبر أن يسحب النجوم منه تدريجياً. ومع مرور الوقت، تشكّل تلك النجوم تياراً طويلاً ورفيعاً على امتداد مسار العنقود.

يعكس هيكل التيار قوى الجاذبية المؤثرة فيه. ومن خلال فحص شكله وحركته، يستطيع علماء الفلك استنتاج كيفية توزّع المادة في المجرة المحيطة. وهذا يجعل التيارات النجمية مؤشرات غير مباشرة مفيدة إلى المادة المظلمة، التي لا يمكن رصدها مباشرة.

يُعتقد أن المادة المظلمة تشكّل نحو 80 إلى 85 في المئة من إجمالي المادة في الكون، رغم أن طبيعتها الأساسية لا تزال مجهولة. ويُستدل على وجودها من خلال الجاذبية، بما في ذلك تأثيراتها على النجوم وغيرها من المواد المرئية. وتوفر التيارات النجمية طريقة أخرى لتتبّع تلك التأثيرات، لأن تطوّرها يعتمد على البيئة الجاذبية المحيطة بها.

وحتى وقت قريب، كان العثور على التيارات صعباً لأنها خافتة للغاية. وتتيح المسوحات الفلكية الأوسع نطاقاً، والمجموعات الأكبر من الرصدات، والتقنيات التحليلية المحسّنة الآن، اكتشاف ودراسة سمات كان من الممكن ألا تُرصد في السابق.

توسيع نطاق طريقة مستخدمة في درب التبانة

قبل هذه النتيجة، كان استخدام تيارات العناقيد الكروية لدراسة المادة المظلمة مقتصراً على درب التبانة. وكان هذا القيد يعني أن علماء الفلك لا يملكون معلومات سوى عن مجرة واحدة عند بحثهم في كيفية كشف هذه البنى عن توزّع الكتلة غير المرئية.

ويوسّع الرصد في UGC9050-Dw1 نطاق الطريقة لتشمل بيئة مجرية مختلفة. وتُعد المجرات فائقة الانتشار أهدافاً قيّمة على وجه الخصوص، لأن مظهرها الخافت يثير أسئلة حول كمية المادة المظلمة التي تحتوي عليها وكيفية ترتيب تلك المادة. ويوفر التحليل الجديد مساراً مستقلاً لمعالجة هذه الأسئلة.

وقالت هول إن العمل يُظهر أن أداة ترسّخت من خلال دراسات درب التبانة يمكن تطبيقها على مجرات كان قياس المادة المظلمة فيها أصعب بكثير تقليدياً. وقالت بيرسون إن النتيجة تتيح إمكانية البحث عن تيارات مماثلة في مجرات أخرى، وتقييم محتوى المادة المظلمة في عدد أكبر من الأنظمة فائقة الانتشار في نهاية المطاف.

ويشدد الباحثون على أن الدراسة الحالية تتناول مجرة واحدة. ومع ذلك، فإن تأكيد عمل الطريقة خارج درب التبانة قد يتيح إجراء مقارنات بين مجرات ذات خصائص مختلفة. وقد تساعد هذه المقارنات علماء الفلك على تكوين صورة أوسع عن كيفية توزّع المادة المظلمة وسلوكها عبر الكون.

المزيد من الاكتشافات في الطريق

قد يزداد عدد الأمثلة المعروفة مع شروع مراصد جديدة في فحص المجرات الخافتة والبنى المحيطة بها. ومن المتوقع أن يوفر تلسكوب إقليدس الفضائي وتلسكوب نانسي غريس رومان الفضائي مشاهد قد تساعد على كشف تيارات نجمية إضافية.

وستمنح عينة أكبر الباحثين مزيداً من الفرص لاختبار العلاقة بين خصائص التيارات، وبنية المجرات، والمادة المظلمة. وفي الوقت الراهن، يثبت رصد التيار في UGC9050-Dw1 أن أحد أكثر المتتبعات الجاذبية فائدة في درب التبانة يمكن تطبيقه أيضاً على مسافات أكبر وفي نوع مختلف بوضوح من المجرات.