نتایج حاصل از مطالعه‌ی خصوصيات کهکشان‌های نوع اولیه‌‌ی پرجرم (massive early-type galaxies) از بحث برانگیزترین موضوعات در نجوم رصدی می‌باشد. برای مثال یکی از ویژگی‌های چالش برانگیز این کهکشان‌ها، وجود خطوط جذبی قوی کربن مونوکسید (CO) در طیف فروسرخ نزدیک (near-infrared) آن‌ها است. خطوط جذبی CO عمدتا در جو ستاره‌های غول قرمز (red giants) و ابرغول‌های قرمز (super red giants) تولید می‌شوند و این ستاره‌ها نسبت به ستاره‌های دیگر از جمله ستاره‌های کوتوله (dwarfs)، خطوط CO قوی‌تری را در طیف فروسرخ نزدیک خود نشان می‌دهند. در جمعیت‌های ستاره‌ای با سن متوسط (بین ۰/۱ تا ۲ گیگاسال)، ستاره‌های غول شاخه‌ی مجانبی (asymptotic giant branch stars) بیش‌ترین مشارکت را در نور فروسرخ نزدیک کل این جمعیت‌ها دارند. از آن‌جایی که کهکشان‌های نوع اولیه‌‌ی پرجرم خطوط جذبی قوی CO را در طیف فروسرخ نزدیک خود دارند، بنابراین منجمان تاکنون بر این باور بودند که عمده‌ی جمعیت‌های ستاره‌ای تشکیل‌دهنده‌ی این کهکشان‌ها دارای سن متوسط هستند. اما این نتیجه‌گیری در تضاد با نتایجی است که از مطالعه‌ی طیف مرئی این کهکشان‌ها به‌دست می‌آید. منجمانی که کهکشان‌های نوع اولیه‌‌ی پرجرم را در طیف مرئی مطالعه می‌کنند بر این باورند که عمده‌ی جمعیت‌های ستاره‌ای این کهکشان‌ها پیر هستند. اما چه چیزی باعث تناقض در نتایج حاصل از مطالعات کهکشان‌های نوع اولیه‌‌ی پرجرم در طول موج‌های مرئی و فروسرخ نزدیک می‌شود؟ آیا همان‌طور که مطالعات فروسرخ نزدیک نشان می‌دهند، عمده‌ی جمعیت‌های ستاره‌ای کهکشان‌های نوع اولیه‌‌ی پرجرم دارای سن متوسطی هستند؟

استدلال ما در این پروژه به این صورت بوده‌است که اگر منشأ خطوط قوی CO در طیف کهکشان‌های نوع اولیه‌‌ی پرجرم وجود جمعیت‌های ستاره‌ای سن-متوسط باشد، بنابراین کهکشان‌هایی که دارای جمعیت‌های ستاره‌ای پیر هستند نباید خطوط قوی CO در طیف فروسرخ نزدیک خود داشته باشند. برای آزمودن این استدلال، ما از نوع خاصی از کهکشان‌ها به نام کهکشان‌های عتيقه (relic galaxies) استفاده کرده‌ایم.

کهکشان‌های عتيقه نوع خاصی از کهکشان‌ها در کیهان نزدیک هستند که در دوران اولیه‌ی عالم شکل گرفته‌اند (z>2) و از آن زمان تاکنون (z~0) دست‌خوش تغییر عمده‌ای نشده‌اند. به عبارتی این کهکشان‌ها هیچ‌گونه ادغام کهکشانی قابل توجه و یا برهم‌کنش با کهکشان‌های اطراف را تجربه نکرده‌اند و جمعیت‌های ستاره‌ای آن‌ها از z>2 تاکنون تغییری نکرده‌است. پس عمده‌ی ستاره‌های این کهکشان‌ها پیر هستند. در نتيجه طبق باور منجمانی که منشأ خطوط قوی CO در طیف کهکشان‌ها را وجود جمعیت‌های ستاره‌ای سن-متوسط می‌دانند، کهکشان‌های عتیقه نباید خطوط قوی CO در طیف فروسرخ نزدیک خود داشته باشند.

برای آزمودن این نظریه ما طیف فروسرخ نزدیک یک نمونه‌ی اولیه از کهکشان‌های عتیقه را با بزرگ‌ترین تلسکوپی که در حال حاضر در بازه‌ی طول موجی فروسرخ نزدیک کار می‌کند، یعنی تلسکوپ ۱۰/۴ متری GTC در لاپالمای اسپانیا، به‌دست آوردیم. این کهکشان، NGC 1277 نام دارد و در خوشه‌ی کهکشانی برساوش قرار گرفته‌است. طیف این کهکشان در شکل ۱ نشان داده شده‌است. خطوط جذبی CO روی این طیف با خط‌چین‌های صورتی‌رنگ نمایش داده شده‌است. سپس ما خطوط جذبی CO در طیف یک نمونه از کهکشان‌های نوع اولیه‌ی پرجرم و همچنین در طیف یک نمونه از مدل‌های سنتز جمعت ستاره‌ای مقایسه کردیم. شکل ۲ این مقاسه را نشان می‌دهد. در این شکل خط سیاه‌رنگ، خطوط جذبی CO در کهکشان عتیقه‌ی NGC 1277 را نشان می‌دهد و خط قرمزرنگ نشان‌دهنده‌ی متوسط طیف یک نمونه از کهکشان‌های نوع اولیه‌‌ی پرجرم است. ناحیه‌ی سبزرنگ پیش‌بینی مدل‌های سنتز جمعیت‌ستاره‌ای E-MILES است. همانطور که از شکل پیداست، خطوط CO در طیف کهکشان‌های نوع اولیه‌‌ی پرجرم (قرمز) بسیار قوی‌تر از پیش‌بنی مدل‌ها (ناحیه‌ی سبزرنگ) است ولی برخلاف باور منجمان، خطوط جذبی CO در طیف کهکشان NGC 1277 (سیاه) هم مانند کهکشان‌های نوع اولیه‌‌ی پرجرم بسیار قوی هستند. بنابراین منشأ خطوط قوی CO در طیف کهکشان‌های نوع اولیه‌‌ی پرجرم نمی‌تواند جمعیت‌های ستاره‌ای سن-متوسط باشد. زیرا کهکشان عتیقه‌ی NGC 1277 هم که دارای جمعیت‌های ستاره‌ای سن-متوسط نیست، خطوط قوی CO را نشان می‌دهد. بنابراین وجود خطوط قوی CO در طیف کهکشان‌های نوع اولیه‌‌ی پرجرم نمی‌تواند به این نتیجه‌گیری منجر شود که عمده‌ی جمعیت‌های ستاره‌ای این کهکشان‌ها سن-متوسط هستند. پس نمی‌توان دفت که نتایج حاصل از بازه‌های طول موجی مرئی و فروسرخ نزدیک در تضاد با یک‌دیگر هستند.

ما در مطالعات قبلی خود توضیح جایگزینی برای منشأ خطوط قوی CO در طیف کهکشان‌های نوع اولیه‌‌ی پرجرم ویشنهاد دادیم و آن بالا بودن فراوانی کربن (carbon-enhacement) در ستاره‌های این کهکشان‌ها به خصوص ستاره‌های سرد آن‌ها است. اما این پیشنهاد باید با مطالعات بیش‌تر و دقیق‌تر مورد آزمایش قرار بگیرد.

عنوان اصلی مقاله:

The relic galaxy NGC 1277 rules out intermediate-age stellar populations origin of CO-strong absorptions in massive early-type galaxies

نویسندگان:

Elham Eftekhari, Francesco La Barbera, Alexandre Vazdekis, and Michael Beasley

این مقاله در مجله‌ی MNRAS Letters چاپ شده‌است.

لینک مقاله‌ی اصلی:

https://arxiv.org/abs/2206.12578

گردآوری: الهام افتخاری