شکار کهکشان شبح‌وار؛ هابل جرمی مرموز با ۹۹٫۹ درصد ماده تاریک را رصد کرد

زومیت/دانشمندان با استفاده از داده‌های تلسکوپ هابل و اقلیدس، کهکشان تاریک و مرموزی را شناسایی کردند که بیش از ۹۹٫۹ درصد از ماده تاریک تشکیل شده است.

یافته‌های جدید تلسکوپ هابل نشان می‌دهد که کاندیدای جدید «کهکشان تاریک» عملاً هیچ ستاره‌زایی موفقی نداشته است. دانشمندان با جرمی روبرو هستند که تقریباً تمام وزن آن را ماده ناشناخته و نامرئی تاریک تشکیل می‌دهد و تنها خوشه‌های ستاره‌ای پراکنده در دل آن، سرنخ وجود این غول گرانشی را فاش کرده‌اند.

ماده تاریک، همان نیروی نامرئی است که با گرانش عظیمش ساختار کهکشان‌ها را حفظ می‌کند. دانشمندان هنگام بررسی آرشیو تصاویر تلسکوپ فضایی هابل، به دنبال تجمع غیرعادی خوشه‌های ستاره‌ای کروی بودند. این خوشه‌ها در واقع مجموعه‌های متراکمی از ستارگان هستند که حتی در کم‌نورترین کهکشان‌ها نیز به‌شدت می‌درخشند.

در جستجو، گروهی متشکل از چهار خوشه ستاره‌ای کشف شد که در میدان گرانشی قدرتمندی به هم گره خورده‌اند، اما نکته‌ی حیرت‌انگیز اینجاست که در اطراف آن‌ها خبری از درخشش میلیاردها ستاره در کهکشان‌های معمولی نیست و فقط مشتی ستاره‌ی پراکنده قرار دارد. تیم پژوهشی تخمین می‌زند این جرم موسوم به کهکشان تاریک کاندید-۲ (CDG-2)، بیش از ۹۹٫۹ درصد از ماده تاریک ساخته شده است.

اثبات وجود چنین پدیده‌ای می‌تواند دیدگاه علمی درباره‌ی نحوه‌ی شکل‌گیری کهکشان‌هایی با «درخشندگی سطحی پایین» را به‌کل دگرگون کند. طبق این نظریه، توده‌های ماده تاریک با نیروی گرانش خود، گازهای کیهانی را جذب می‌کنند تا ابرها به چگالی لازم برای تولد ستاره برسند، اما در این کهکشان‌ها فرآیند ستاره‌زایی خیلی زود متوقف می‌شود. نتیجه‌ی این اتفاق، پدیدآمدن کهکشان‌های عظیمی است که برخلاف راه شیری، تعداد ستارگان بسیار کمی دارند.

شناسایی کهکشان‌های نیمه‌تاریک که از حدود ۴۰ سال پیش شناخته شده‌اند، در دهه‌ی اخیر شتاب بیشتری گرفته است. این پیشرفت مدیون ابزارهای دقیقی از جمله «دوربین انرژی تاریک» در شیلی و آرایه تله‌فوتوی «دراگون‌فلای» در نیومکزیکو است که با استفاده از ۴۸ لنز تله‌فوتوی تجاری ساخته شده است.

خوشه‌های کروی درخشان ابزاری بسیار دقیق برای ردیابی و سنجش میزان ماده تاریک در کهکشان‌ها هستند.

خوشه‌های کروی که مجموعه‌هایی شامل ده‌ها هزار تا میلیون‌ها ستاره هستند، بهترین نشانه برای یافتن کهکشان‌های شبح‌وار محسوب می‌شوند. دانشمندان گمان می‌کنند این خوشه‌ها نخستین کارخانه‌های ستاره‌زایی هستند که در دل توده‌های اولیه ماده تاریک متولد شده‌اند. دایی لی، متخصص آمار از دانشگاه تورنتو به‌نقل از ساینس، تأکید می‌کند که خوشه‌های کروی درخشان ابزاری بسیار دقیق برای ردیابی و سنجش میزان ماده تاریک در کهکشان‌ها هستند.

کهکشان‌های کم‌نوری که به شیوه‌ی مذکور کشف می‌شوند، معمولاً در دل خوشه‌های کهکشانی بزرگ قرار دارند؛ جایی که صدها یا هزاران کهکشان تحت‌تأثیر گرانش در کنار هم چیده شده‌اند. فضای داخلی این خوشه‌های کهکشانی بسیار پرتلاطم است و کهکشان‌ها مدام با هم اصطکاک دارند که باعث گرم‌شدن گازهای میان‌کهکشانی می‌شود. نظریه‌ای وجود دارد که می‌گوید این کهکشان‌های کم‌ستاره در واقع قربانی رقابت تخریبی کیهانی شده‌اند؛ به این صورت که کهکشان‌های همسایه، گاز هیدروژن مورد نیاز برای ستاره‌زایی را از آن‌ها ربوده‌اند و امکان رشد به آن‌ها نداده‌اند.

کشف جرم مرموز جدید، پرسش‌های تازه‌ای را در ذهن اخترشناسان ایجاد کرده است: یک کهکشان تا چه اندازه می‌تواند تاریک باشد؟ دایی لی معتقد است احتمالاً رده‌ای از کهکشان‌ها وجود دارد که آن‌قدر کم‌نور و خاموش‌اند که حتی یک ستاره‌ی منفرد هم در آن‌ها پیدا نمی‌شود و تنها از خوشه‌های کروی میزبانی می‌کنند. در چنین حالتی، تقریباً تمام جرم کهکشان فقط از ماده تاریک تشکیل شده است.

آیا ممکن است کهکشانی کاملا از ماده تاریک تشکیل شده باشد؟

تلاش‌های لی و همکارانش در پژوهشی تازه برای یافتن کهکشان‌های تاریک با اسکن تصاویر هابل از خوشه‌ی کهکشانی برساوش (Perseus Cluster) آغاز شد که در فاصله‌ی ۲۴۰ میلیون سال نوری از ما قرار دارد. این تیم پیش‌تر در سال ۲۰۲۲ جرمی به نام CDG-1 را معرفی کردند، اما مشاهدات بعدی تلسکوپ‌های هابل و اقلیدس وجود آن را تأیید نکرد.

با‌این‌حال، تیم دانشمندان با به‌روزرسانی مدل‌های آماری خود، دوباره به سراغ آرشیو برساوش رفتند و این‌بار به مورد امیدوارکننده‌ی CDG-2 رسیدند. آن‌ها تصاویر مختلف هابل را روی هم قرار دادند و داده‌های جدید تلسکوپ اقلیدس را بررسی کردند. در نتیجه، متوجه تابش بسیار ضعیفی در اطراف چهار خوشه ستاره‌ای شدند. این درخشش ناچیز در واقع متعلق به همان تعداد اندک ستارگانی است که کهکشان پیش از جداشدن گازهایش موفق به ساختن آن‌ها شده بود.

اما منتقدانی از جمله رینیر پلتیه، اخترشناس در دانشگاه خرونینگن، معتقدند هنوز باید با احتیاط رفتار کرد. احتمال می‌رود این چهار نقطه‌ی درخشان، در واقع کهکشان‌های مستقلی باشند که صرفاً در خط دید ما نزدیک به هم دیده می‌شوند. برای اطمینان از اینکه واقعاً خوشه‌های کروی هستند، باید طیف نوری آن‌ها بررسی شود که با توجه به فاصله‌ی بسیار زیاد، کار بسیار دشواری است.

اگرچه پلتیه پذیرفته است که CDG-2 موردی استثنایی و عجیب است، در نهایت یادآوری می‌کند که میان کهکشانی عمدتاً تاریک و کهکشان کاملاً تاریک، تفاوت بزرگی وجود دارد و علم هنوز در جستجوی یافتن نمونه‌ای صددرصد تاریک است.

یافته‌های پژوهش در نشریه‌ی Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.