اكتشاف فلكي ثوري يسمح بدراسة المادة المظلمة في مجرات بعيدة

كيف تم اكتشافه في بيانات هابل الأرشيفية؟

تم رصد التيار في صور قديمة من تلسكوب هابل الفضائي (Hubble Space Telescope) التقطتها كاميرا المسح المتقدمة (ACS) لأغراض أخرى . قام فريق البحث بتمشيط البيانات الأرشيفية بحثًا عن علامات تشوه حول المجرة UGC 9050-Dw1 - وهي مجرة معروفة بغناها الاستثنائي بالعناقيد المغلقة (حيث تم تحديد حوالي 52 ± 12 عنقودًا) وتظهر عليها علامات وجود ذيل مدّي من تفاعلات سابقة . لاحظ الفريق وجود ميزة نجمية رفيعة وممتدة تنبثق من أحد العناقيد المغلقة، مطابقة لتوقيع التيار المدّي . عالمة الفيزياء الفلكية من جامعة نورث وسترن، كاثرين فيلدر، كانت جزءًا من العمل السابق الذي وصف مجموعة العناقيد المغلقة لهذه المجرة .

تعتبر UGC 9050-Dw1 مجرة فائقة الانتشار (UDG)، وهي نوع من المجرات ذات سطوع سطحي منخفض جدًا. تستضيف هذه المجرة عددًا كبيرًا بشكل غير عادي من العناقيد المغلقة، حيث يأتي حوالي 20% من ضوءها الكلي من هذه التجمعات النجمية الكثيفة .

كيف تكشف التيارات النجمية عن المادة المظلمة؟

شكل التيار النجمي - عرضه، وانحناؤه، وأي فجوات أو تموجات على طوله - يضمّن مجال الثقالة الذي يمر من خلاله . إذا كانت المادة المظلمة "باردة" ومتكتلة، ستتأثر التيارات بالعديد من الهالات الفرعية منخفضة الكتلة، مما يخلق فجوات وانثناءات مميزة. أما إذا كانت المادة المظلمة دافئة أو لها خصائص مختلفة، فإن عدد الهالات الفرعية يتغير، مما ينتج أشكالاً مختلفة للتيار. من خلال نمذجة التيار المرصود في UGC 9050-Dw1، بدأ الفريق في اختبار نماذج المادة المظلمة على مسافات كانت مستحيلة سابقًا .

باستخدام نهج نمذجة توليدي يسمى X-Stream، قام الفريق بتكييف النماذج الديناميكية مباشرةً على شكل التيار لتقييد كتلة العنقود المغلق الأم، وقدم أول قيد يعتمد على التيار لهالة مجرة فائقة الانتشار . يشير هذا العمل إلى أن UGC 9050-Dw1 تمتلك هالة من المادة المظلمة بخصائص هيكلية محددة .

الثورة القادمة: تلسكوبات رومان وإقليدس وروبن

يتوقع الفريق أن هذا الاكتشاف هو مجرد البداية. المهمات الفضائية القادمة ستوسع نطاق البحث بشكل كبير:

• تلسكوب نانسي غريس رومان الفضائي (NASA) - بمصوره واسع المجال الذي تبلغ دقته 200 ميغابكسل، يمكن لرومان مسح مجرات كاملة مجاورة بلقطة واحدة، كاشفًا عن تيارات نجمية رفيعة كانت تحتاج إلى مئات الصور من هابل لتغطيتها . رومان مصمم خصيصًا لدراسة التيارات النجمية، ومن المتوقع أن يكتشف العشرات من تيارات العناقيد المغلقة في المجرات الخارجية . مقال من NASA Science يشير إلى أن رومان "سيكون أداة ممتازة للعثور على التيارات النجمية الرفيعة" خارج درب التبانة لأول مرة .
• مهمة إقليدس (ESA) - مسحها البصري والأشعة تحت الحمراء الواسع سيرسم خرائط للميزات المدية خارج المجرة عبر مساحات شاسعة من السماء، مكملاً ملاحظات رومان الأعمق والأكثر تركيزًا .
• مرصد فيرا روبين (LSST) - تظهر المحاكاة أن LSST وحده يمكنه رصد 1000 نجم أو أكثر في 40 إلى 100 تيار من العناقيد المغلقة خارج درب التبانة .

مشاريع ممولة من المجلس الأوروبي للبحث (ERC) مثل BeyondSTREAMS و EXTRADARK تعمل بالفعل على إعداد الأطر النظرية اللازمة لتفسير الكم الهائل من بيانات التيارات القادمة من هذه المرافق .

معًا، ستحول هذه المراصد الحفنة المعروفة من التيارات خارج المجرة إلى عينة إحصائية، مما يتيح قياسات دقيقة للمادة المظلمة عبر مجموعة واسعة من أنواع المجرات والبيئات .