اكتشف علماء الفيزياء الفلكية سبب التسخين غير المتساوي لمجرة درب التبانة

يتم تسخين هالة الغاز الساخن التي تغلف مجرتنا بشكل غير متساو. وباستخدام محاكاة حاسوبية، اكتشف علماء الفيزياء الفلكية السبب. علاوة على ذلك، فقد فعلوا ذلك، على نحو متناقض، قبل تحديد عدم التناسق في درجات الحرارة.

العديد من المجرات، بما في ذلك مجرتنا، محاطة بـ “شرانق” من مادة متخلخلة وساخنة – بيئة محيطة حارة. ويقدر العلماء أن كتلة القشرة الغازية لمجرة درب التبانة تبلغ نحو 100 مليار كتلة شمسية، أي أنها تحتوي على مادة أكثر من قرص المجرة نفسه. تعمل هذه الهالة، التي يتم تسخينها إلى حوالي 2 مليون درجة كلفن، بمثابة “مادة بناء” لقرص من الغاز والنجوم أكثر إحكاما وبرودة بداخله.

وفي عام 2024، اكتشف مرصد الأشعة السينية الروسي الألماني إيروسيتا أن النصف الجنوبي من الغلاف أكثر دفئا من النصف الشمالي، الواقع فوق قرص درب التبانة، ويبلغ متوسط ​​الفارق 12%.

أجرى علماء الفيزياء الفلكية عمليات محاكاة أوضحت هذا الاختلاف. يتم تمثيل مجرة ​​درب التبانة في المحاكاة الحاسوبية بثلاثة مكونات: قرص دوار من غاز بارد نسبيا، وغاز أكثر سخونة يحيط به، وهالة واسعة من المادة المظلمة. ويحسب هذا ما يسمى بالنموذج الهيدروديناميكي حركة هذه المكونات تحت تأثير جاذبية سحب ماجلان، التي تمر بالقرب من درب التبانة، على مدى فترة زمنية تبلغ حوالي مليار سنة.

ونشرت النتائج في المجلة الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية. ويظهرون أن القرص البارد لمجرة درب التبانة يتحرك حاليًا نحو هذه المجرات التابعة بسرعة تبلغ حوالي 40 كيلومترًا في الثانية بسبب جاذبية سحابة ماجلان الكبرى. ووفقا للحسابات، في هذه العملية تقوم مجرة ​​درب التبانة بضغط الغاز في الجزء السفلي (الجنوبي)، وتسخن المادة بنسبة 13-20٪. علاوة على ذلك، فإن الفرق في درجات الحرارة بين الأجزاء الشمالية والجنوبية من غلاف المجرة قد زاد على مدى المائة مليون سنة الماضية.

يقول البروفيسور فيليبو فراتيرنالي من جامعة جرونينجن: “لقد لاحظنا تأثير التسخين في المحاكاة بسرعة كبيرة. لكن الأمر استغرق وقتًا أطول قليلاً لإدراك ما كان يحدث بالضبط: ضغط الغاز، كما هو الحال في أسطوانة محرك الاحتراق الداخلي، الذي يسخن الجانب الجنوبي من غلاف مجرتنا درب التبانة، مما يجعله أكثر سخونة”.

يمكن للنموذج أيضًا أن يفسر حالات عدم التماثل الأخرى في محيط درب التبانة. على سبيل المثال، يوجد في شمال المجرة عدد أكبر بكثير مما يسمى بالسحب عالية السرعة مقارنة بالجنوب. هذه المناطق من الغاز، عادة ما تكون أبرد بحوالي 100 مرة من المناطق المحيطة بها، وتتحرك حول المجرة بسرعات عالية بشكل غير طبيعي. ويشير فراتيرنالي إلى أن “الضغط المنخفض للغاز المحيط قد يسمح لمثل هذه السحب بالتشكل بسهولة أكبر والاستمرار لفترة أطول في هذه المنطقة”.

ومن المثير للاهتمام أن النمذجة تم تنفيذها في عام 2019 لأغراض أخرى، على وجه الخصوص، البحث عن تفسيرات لحركة الغاز حول سحب ماجلان. وفي ذلك الوقت، لم يكن قد تم اكتشاف الفرق في درجات الحرارة بعد.

يقول البروفيسور بثقة: “عادةً ما يتم تنفيذ نماذج حاسوبية لشرح ملاحظات معينة. ومن الجدير بالذكر أن هذه المحاكاة كانت تحتوي بالفعل على عدم تناسق في درجات الحرارة قبل اكتشافها. وهذا يجعل نتائجنا موثوقة بشكل خاص”.

وأضافت عالمة الفيزياء الفلكية إلسي ستاركينبرج من جامعة جرونينجن، والمؤلفة المشاركة في الدراسة: “تفسيرنا لعدم تناسق درجات الحرارة الذي تم قياسه بواسطة تلسكوب eROSITA يعتمد على عمليات فيزيائية بسيطة ومدروسة جيدًا تحدث، على سبيل المثال، في محركات الاحتراق الداخلي. وهذا يمنح النتيجة أناقة خاصة”.