قرص راه شیری وارونه رشد کرد و ستارگان جوان‌تر در لایه‌های نازک‌تری شکل گرفتند.

ویرایش شده توسط Swati Mestri، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

کهکشان راه شیری خانه صدها میلیارد ستاره است که در یک الگوی مارپیچی با شکوه چیده شده اند. اما فراتر از مارپیچ آشکار، کهکشان ما ویژگی های فیزیکی دیگری نیز دارد. این به یک برآمدگی کهکشانی، یک قرص کهکشانی و یک هاله کهکشانی تقسیم می شود.

دیسک بیشتر به یک دیسک نازک و یک دیسک ضخیم تقسیم می شود. آنها نه تنها از نظر ساختاری متفاوت هستند، بلکه جمعیت ستاره ای و سایر خصوصیات آنها متفاوت است.

قرص نازک شامل ستارگان جوان و ستاره های میانسالی مانند خورشید ما است. بازوهای مارپیچی، جایی که منظومه شمسی ما در آن قرار دارد، و بیشتر گاز و غبار کهکشان راه شیری را نگه می دارد. همچنین جایی است که ستاره های جوان شکل می گیرند. این فلز دارای خاصیت فلزی بالاتری است که توسط نسل های قبلی ستارگانی که زنده و مرده اند تولید شده است.

دیسک ضخیم پف کرده تر و پراکنده تر از دیسک نازک است. ستارگان باستانی را در خود جای می دهد و تقریبا هیچ ستاره جدیدی در آنجا شکل نمی گیرد. فلزی بودن آن بسیار کمتر از قرص نازک است و اخترشناسان گاهی از آن به عنوان نوعی فسیل ستاره ای یاد می کنند.

ستاره شناسان با درک شکل گیری این قرص ها و کهکشان راه شیری به عنوان یک کل دست و پنجه نرم می کنند. مشاهدات به توضیحات متعددی منجر شده است. در یکی، ستارگان در قرص نازک متولد می شوند، و با گذشت زمان، برخورد با ابرهای گازی، بازوهای مارپیچی یا حتی میله مرکزی برخی از این ستارگان را آشفته می کند. پراکندگی دینامیکی آنها را از صفحه دیسک نازک دور می کند.

توضیح دیگری می گوید که با تشکیل ستارگان در قرص داخلی، گازی که از آنها تشکیل می شود به یک صفحه حتی نازک تر می نشیند. در این سناریو، هر نسل متوالی از ستارگان در یک صفحه نازک فزاینده تشکیل می‌شوند.

اخترشناسان در تمایز بین این توضیحات رقیب مشکل دارند. انجام این کار به اندازه گیری دقیق سن ستارگان تکیه دارد. دستیابی به آن دشوار است، به خصوص برای قدیمی ترین ستاره ها.

تحقیقات جدید در ژورنال Astrophysical Letters از داده های Gaia برای مقابله با این موضوع استفاده کرد. عنوان آن «نشستن دو مرحله‌ای از دیسک راه شیری که توسط Precise ChronoGal Ages آشکار شد» است و نویسنده اصلی آن دیوید میرابال است. میرابال یک محقق پیش دکتری در انستیتو د اخترفیسیکا د کاناریاس (IAC) است.

نویسندگان در نامه تحقیقاتی خود می نویسند: «توزیع فضایی ستارگان دیسک کهکشانی با سنین و فلزات مختلف، تاریخچه تکامل دینامیکی و مسیرهای شکل گیری آن را رمزگذاری می کند. فقدان سن دقیق برای نمونه‌های بزرگ و معرف ستارگان به طور سنتی نقطه ضعفی برای تمایز مطمئن میان سناریوهای شکل‌گیری پیشنهاد شده برای توضیح ویژگی‌های عمودی قرص راه شیری بوده است.

این کار بر اساس داده‌های منتشر شده در Gaia Data Release 3 (DR3) است که در ژوئن 2022 منتشر شد. این مقاله یکی از چندین مقاله منتشر شده توسط همکاری محققان با هدف رمزگشایی سن‌های ستاره‌ای در جمعیت دیسک‌های نازک و ضخیم است. در این یکی، نویسندگان از برازش نمودار قدر رنگ داده های گایا استفاده کردند. از آن، آنها توزیع سن-فلزی را برای جمعیت های ستاره ای به دست آوردند. آنها همچنین مشخصات عمودی خود را مطالعه کردند - موقعیت آنها در هر دیسک.

در اوایل تاریخ کیهان، گاز کهکشان راه شیری متلاطم تر بود و کهکشان به صورت عمودی پف کرده تر بود، گویی که یک صفحه ضخیم است. ستاره ها در حال چرخش در قرص ضخیم متولد شدند. همانطور که گاز به مرور زمان آرام شد و کمتر متلاطم شد، سرد و منقبض شد و دیسک نازک تری در داخل دیسک ضخیم ایجاد کرد.

حدود 10.8 میلیارد سال پیش، چند میلیارد سال پس از انفجار بزرگ، با شکل‌گیری قرص نازک، با ستارگان قدیمی‌تر مدار خود را در قرص ضخیم حفظ کردند، تغییر قابل‌توجهی رخ داد.

وجود یک گسست آشکار در فرآیند حدود 10.8 میلیارد سال پیش بحث اصلی در این تحقیق است. سرعت نشست عمودی در این زمان به شدت تغییر کرد.

ما شواهدی پیدا کردیم مبنی بر اینکه نرخ کاهش ارتفاع مقیاس به شدت تغییر کرده است (~10.85) Gyr پیش: در سنین بالاتر، تکامل بسیار تند است، با hZ (ارتفاع مقیاس عمودی) از بیش از 1.26 به ~0.5 kpc فقط در 2 Gyr؛ پس از آن، نازک شدن k. نویسندگان می نویسند: جوان ترین جمعیت.

بنابراین قبل از حدود 10.85 Gyr پیش، دیسک به سرعت مسطح شد. تنها در حدود 2 میلیارد سال، از ضخامت حدود 4100 سال نوری به ضخامت تنها در حدود 1600 سال نوری کاهش یافت. پس از آن، نازک شدن بسیار تدریجی تر بود و به ضخامت تنها حدود 400 سال نوری رسید.

این بدان معناست که ساختار عمودی اجزای دیسک از لایه ضخیم به داخل رشد کرده است، یک سناریوی وارونه. ستارگان باستانی در قرص ضخیم در اثر برهمکنش با ابرهای گازی، بازوهای مارپیچی یا چیزهای دیگر در آنجا پراکنده نشدند. زمانی که دیسک به طور کلی ضخیم تر بود، در آنجا متولد شدند. با گذشت زمان، نسل‌هایی از ستارگان در یک قرص نازک‌تر متولد شدند.

محققان توضیح می‌دهند: «ته‌نشینی عمودی اولیه بسیار سریع دیسک به یک فرآیند شکل‌گیری اساسا وارونه در زمان‌های اولیه، زمانی که جزء دیسک ضخیم اساسا تشکیل می‌شود، اشاره می‌کند».

نتایج ما با استفاده از سن دقیق و کامل بودن بالا، دو فاز تکاملی واضح و وابسته به زمان را برای قرص کهکشانی نشان می‌دهد که امکان گردآوری تصویری جامع از فرآیندهای فیزیکی مسئول تاریخچه مونتاژ دو فازی قرص کهکشانی را فراهم می‌کند.

این چیزی را ایجاد کرد که امروز می بینیم. این دیسک ضخیم دارای ستاره‌های قدیمی‌تر و فقیر از فلز است و تقریبا هیچ گازی برای تشکیل ستاره‌های جدید وجود ندارد. این قرص نازک دارای ستارگان جوان‌تری است، محل تشکیل بیشتر ستاره‌ها است و بیشتر گاز را برای ستاره‌های جدید نگه می‌دارد.

نویسندگان می نویسند: "بنابراین ما قویا از یک سناریوی تکاملی که توسط دو مرحله زمانی مشخص تعریف شده است حمایت می کنیم: یک دوره اولیه و بسیار متلاطم که دیسک ضخیم را به وجود آورد، و یک دوره آرام تر متعاقب تکامل سکولار و ته نشین شدن تدریجی گاز که دیسک نازک را تشکیل داد."

میرابال، نویسنده اصلی این مقاله در یک بیانیه مطبوعاتی گفت: "این نتیجه یک مشکل کلاسیک در اخترفیزیک را حل می کند." او گفت: "در شبیه سازی ها، هر دو مدل تشکیل دیسک امکان پذیر بود، اما شواهد رصدی برای تعیین اینکه کدام یک در کهکشان راه شیری رخ داده است، وجود نداشت. این اولین شواهد رصدی واضح است که یکی از این دو مدل را برای مراحل اولیه کهکشان مورد حمایت قرار می دهد. و به لطف دقت بالایی که برای سنین بالاتر به دست آوردیم، امکان پذیر شده است."

دیوید میرابال و همکاران، ته نشینی دو مرحله ای دیسک راه شیری که توسط Precise ChronoGal Ages آشکار شد، The Astrophysical Journal Letters (2026). DOI: 10.3847/2041-8213/aeb0a3

اطلاعات مجله: اخترفیزیک مجله نامه

سواتی مستری دارای مدرک لیسانس در مهندسی الکترونیک است و از سال 2019 به عنوان ویرایشگر محتوا کار کرده است. او ویرایش اسناد تحقیقاتی در زمینه فناوری، مراقبت های بهداشتی و علم مواد را تجربه کرده است و علاقه خاصی به فناوری و فضا دارد. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →