اثر بزرگنمایی کیهان درخشان ترین کهکشان ها را مشخص کرد

شکل کهکشان های پس زمینه تا حد زیادی به دلیل گرانش قوی کهکشان های بزرگنما در پیش زمینه از حالت طبیعی خارج می شود. همچنین فرم های غیر طبیعی ممکن است به دلیل برخورد های چشمگیر بین کهکشان های دور و بزرگ در نوعی از دربی تخریبی کیهانی به وجود آمده باشد.

سرپرست تحقیقات جیمز لونتال از کالج اسمیت در نورث امپتون ماساچوست می گوید:" ما جایزه ی بزرگی از عدسی های گرانشی را برده ایم.این کهکشان های فوق درخشان و بزرگ بسیار نادر هستند. عدسی های گرانشی آن ها را بزرگ نمایی می کنند به طوری که شما می توانید جزییات کوچکی را ببنید که در غیر این صورت غیر قابل تصور بود. ما می توانیم ویژگی هایی بسیار کوچک در حدود 100 سال نوری یا کمتر را ببینیم. ما می خواهیم بدانیم چه چیزی به این هیولاها قدرت می دهد و عدسی گرانشی این اجازه را به ما می دهد که آن ها را در جزییات بیشتری مطالعه کنیم."

کهکشان ها با تشکیل ستاره ها درخشان دیده می شوند، آن ها در سال بیش از 10000 ستاره بیرون می دهند. این سرعت غیر معمول تولد ستاره در اوج رونق تولید ستاره ی جهان در بیش از 8 میلیارد سال پیش اتفاق می افتد. شدت تولید ستاره، گرد و غبار فراوان تولید می کند، که کهکشان ها را می پوشاند و آن ها را بسیار کم نورتر از آن می کند که با نور مرئی دیده شوند. اما آن ها در نور مادون قرمز بسیار درخشانند و با درخشش 10 تا100 تریلیون خورشید می تابند.

عدسی گرانشی هنگامی رخ می دهد که گرانش شدید یک کهکشان یا خوشه ای از کهکشان ها نور منابع ضعیف تر یا دورتر  پس زمینه را بزرگنمایی کنند. مشاهدات گذشته ی کهکشان ها، که با نور مادون قرمزاز زمین و بر پایه ی مشاهدات فضایی کشف شده بودند، به وجود عدسی گرانشی اشاره کرده بودند.اما چشم انداز هابل سوظن محققان را تایید کرد.

به گفته ی تیم تحقیقاتی، تنها چند ده کهکشان از این کهکشان های مادون قرمز درخشان در جهان هستند و در سراسر آسمان پراکنده شده اند. آن ها در مناطقی از فضا که به طور غیرمعمولی متراکم است، وجود دارند، جایی که به نوعی موجب تشکیل سریع ستارگان در ابتدای جهان شده است.   

کهکشان ها ممکن است سرنخ هایی از نحوه ی تشکیل کهکشان ها در میلیارد ها سال پیش بدهند. لونتال توضیح داد" ناشناخته های بسیاری درباره ی تشکیل ستاره ها و کهکشان ها وجود دارد. ما نیاز داریم در مورد موارد بزرگتری همچون این کهکشان ها به خوبی نمونه های متوسط، مانند راه شیری خودمان، بدانیم تا بتوانیم داستان تشکیل ستارگان و کهکشان ها را کامل کنیم."

اخترشناسان برای مطالعه ی این کهکشان های ناشناخته باید ابتدا کهکشان های بزرگنمای موجود در پیش زمینه را از کهکشان های بسیار درخشان در پس زمینه تمیز دهند. مشاهده ی این اثر مانند نگاه کردن به اجسام در کف استخر است. آب دید شما را تحریف می کند، درست مانند گرانش عدسی های کهکشانی که شکل کهکشان های دور را کشیده نشان می دهد. لونتال گفت:" ما نیاز داریم طبیعت و مقیاس اثرات این عدسی ها را بفهمیم تا آنچه را که در دوردست و ابتدای جهان می بینیم به درستی تفسیر کنیم. این نه تنها برای این درخشان ترین کهکشان های مادون قرمز، بلکه برای اکثر و یا شاید حتی برای همه کهکشان های دور به کار می رود."

تیم لونتال در نیمه ی راه نقشه برداری با هابل از 22 کهکشان هستند. تیمی بین المللی از ستاره شناسان در ابتدا کهکشان هایی با نور مادون قرمز را با استفاده از برآورد اطلاعات از رصدخانه ی فضایی پلانک آژانس فضایی اروپا(ESA) و برخی از یافته ها، کشف کردند. سپس تیم آن منابع را با کهکشان هایی که در فهرست اشیا مادون قرمز رصدخانه فضایی هرشل ESA و اطلاعات رادیویی زمین محور که با Very Large Array در نیو مکزیکو یافت شده بود را مقایسه کردند. پس از آن محققان از تلسکوپ میلیمتزی بزرگ (LMT) در نیو مکزیکو برای اندازه گیری دقیق فاصله ی آن ها از زمین استفاده کردند. همچنین تصاویر مادون قرمز LMT اشیا چندگانه رانشان داد که بدین معنی است که کهکشان ها به صورت گرانشی بزرگنمایی شده بودند.

این اشیا درخشان بین 8 تا11.5 میلیارد سال پیش، زمانی که جهان با شدت بیشتری از امروز ستاره تولید می کرد، می زیستند. تولید ستاره ی جدید کهکشان ها 5000 تا 10000 بار بیشتر از راه شیری خودمان است. هرچند که کهکشان های بسیار درخشان ستاره هایی با استفاده از همان مقدار گاز موجود در راه شیری بیرون می دهند.

بنابر این سوال نا خوشایند این است که چه چیزی قدرت تولید ستاره های شگفت انگیز را فراهم می کند؟ لونتال می گوید" ما برای دو دهه است که فهمیده ایم که برخی از درخشان ترین کهکشان ها در جهان بسیار غبارآلود و عظیم هستند و در معرض انفجارهایی از تشکیل ستاره می باشند. اما مطالعه ی آن ها بسیار دشوار است چرا که گرد و غبار عملا دیدن آن ها با نور معمولی را غیر ممکن کرده است. همچنین آن ها بسیار نادرند: در هیچ یک از مطالعات میدانی عمیق هابل ظاهر نمی شوند. آن ها در قسمت های تصادفی آسمان که هیچکس قبلا به جزییات آن نگاه نکرده بود، هستند. این دلیلی است برای اینکه چرا پیدا کردن آن ها به صورت عدسی های گرانشی بسیار مهم است."

این کهکشان ها پسر عموهای درخشان تر و دورتر کهکشان های مادون قرمز فوق العاده درخشان (ULIRGS) ،سنگین،با لایه نازکی از غبار، ستاره دار می باشند، که در جهان اطراف دیده می شوند. خروجی تولید ستاره ی ULIRGS ها با ادغام دو کهکشان مارپیچ گره خورده است، که یکی از امکاناتی است که برای ستارگان تازه متولد شده در خانواده های دور تر آن ها موجود است. به هر حال، لورنتال گفت که شبیه سازی کامپیوتری تولد و رشد کهکشان ها نشان داد که ادغام های بزرگ در یک دوره بعد از اینکه در هریک از این کهکشان ها این فرایند دیده می شود اتفاق می افتد.

ایده ای دیگر برای افزایش تولید ستاره این است که مقدار زیادی گاز که ماده ی تشکیل دهنده ی ستاره می باشد، به کهکشان های دور سرازیر می شود. لونتال گفت" جهان اولیه چگال تر بود، بنابرین ممکن است گاز بر کهکشان ها ببارد، یا آن ها توسط نوعی کانال یا مجرا که ما هنوز پیدا نکرده ایم تغذیه شوند. این چیزی است که نظریه پردازان بر سرش بحث می کنند: چگونه همه ی گاز را در کهکشان به اندازه ی کافی سریع وارد می کنید که مجبورش کنید این اتفاق بیفتد؟"

تیم تحقیقاتی تصمیم دارد که از هابل و رصدخانه ی جمینی در هاوایی برای تمیز دادن بین کهکشان های پیش زمینه و پس زمینه استفاده کنند تا بتوانند آنالیز اطلاعات  کهکشان های غول پیکر درخشان را شروع کنند.  

تلسکوپ های آینده مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا که یک رصدخانه ی مادون قرمز است که در 2018 بهره برداری می شود، سرعت ستارگان کهکشان ها را اندازه گیری خواهد کرد بنابر این ستاره شناسان قادر خواهند بود که جرم این اشیای فوق العاده درخشان را اندازه گیری کند.

لونتال گفت" آسمان با تمام انواع کهکشان از جمله آن هایی که با نور مادون قرمز می درخشند، پوشیده شده است. آنچه که ما در اینجا می بینیم نوک کوه یخی است: درخشان ترین آن ها"

تلسکوپ فضایی هابل پروژه ی بین المللی مشترک بین ناسا و ایسا( آژانس فضایی اروپا)است. مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا در گریین بلت، ماری لند، تلسکوپ را مدیریت می کند. موسسه ی علوم تلسکوپ فضایی( STScl) در بالتیمور، عملیات علمی هابل را اداره می کند. STSclتوسط انجمن دانشگاه های تحقیقاتی نجومی در واشنگتون دی سی، برای ناسا کار می کند.