اولین جریان ستاره‌ای کشف‌شده در خارج از کهکشان راه شیری، نقشه‌ای جدید برای توزیع ماده تاریک ارائه می‌دهد

درک جهان مستلزم درک ماده تاریک است؛ داربست نامرئی‌ای که کهکشان‌ها را در کنار هم نگه می‌دارد و تکامل آن‌ها را دیکته می‌کند. از آنجا که ماده تاریک هیچ نوری ساطع، منعکس یا جذب نمی‌کند، ستاره‌شناسان باید برای نقشه‌برداری از حضور آن به سرنخ‌های گرانشی غیرمستقیم تکیه کنند. اکنون، یک ساختار کیهانی تازه تأیید شده، راه جدیدی برای ردیابی این جرم پنهان، بسیار فراتر از محله کهکشانی خودمان، ارائه می‌دهد.[3]

یک تیم بین‌المللی از محققان، اولین جریان ستاره‌ای خوشه‌ کروی را که تاکنون در خارج از کهکشان راه شیری مشاهده شده، شناسایی کرده‌اند. این نوار کم‌نور از ستارگان که در کهکشان فوق‌العاده پراکنده UGC 9050-Dw1، در فاصله تقریباً ۱۱۵ میلیون سال نوری از زمین قرار دارد، به نام "اویاشیو" (Oyashio)، برگرفته از یک جریان اقیانوسی سرد در اقیانوس آرام، نامگذاری شده است.[1][2]

خوشه‌های کروی مجموعه‌های متراکم و کروی‌شکلی از ستارگان باستانی هستند که به شدت توسط گرانش به هم پیوسته‌اند. هنگامی که این خوشه‌ها به دور یک کهکشان میزبان می‌چرخند، نیروهای کشندی (جزر و مدی) می‌توانند به تدریج ستارگان را از لبه‌های بیرونی آن‌ها جدا کنند. ستارگان فرار کرده به جای پراکنده شدن تصادفی در فضا، تقریباً در همان مسیر مداری ادامه می‌دهند و دنباله‌های بلند و باریکی را تشکیل می‌دهند که می‌توانند میلیاردها سال دوام بیاورند.[1]

از آنجا که ستارگان موجود در یک جریان، در امتداد مدارهایی حرکت می‌کنند که توسط گرانش کلی کهکشان میزبان دیکته شده است، ریخت‌شناسی (مورفولوژی) جریان به عنوان یک کاوشگر گرانشی بسیار حساس عمل می‌کند. با نقشه‌برداری از انحنا و چگالی دقیق جریان، اخترفیزیکدانان می‌توانند جرم کل کهکشان را محاسبه کنند. سپس، کسر کردن ماده مرئی، توزیع هاله نامرئی ماده تاریک را آشکار می‌سازد.[1][3]

در حالی که ده‌ها جریان ستاره‌ای در داخل کهکشان راه شیری یافت شده‌اند، شناسایی آن‌ها در کهکشان‌های دیگر به دلیل کم‌نور بودن شدیدشان، از نظر تاریخی غیرممکن بوده است. جریان اویاشیو تنها به این دلیل قابل مشاهده بود که میزبان آن، یعنی UGC 9050-Dw1، یک کهکشان فوق‌العاده پراکنده است و یک مزیت رصدی منحصر به فرد را فراهم می‌کند.[1][4]

کهکشان‌های فوق‌العاده پراکنده از نظر وسعت فیزیکی قابل مقایسه با راه شیری هستند، اما ستارگان بسیار کمتری دارند که منجر به درخشندگی سطحی بسیار پایینی می‌شود. این جمعیت ستاره‌ای پراکنده، پس‌زمینه‌ای به طور غیرمعمول تاریک ایجاد کرد و به کمان ظریف جریان اویاشیو به طول ۶۵۰۰ سال نوری اجازه داد تا در تصاویر آرشیوی گرفته شده توسط تلسکوپ فضایی هابل برجسته شود.[4]

برای اطمینان از اینکه این جریان یک مصنوع تصویربرداری یا خطای پردازش داده نیست، محققان به طور مستقل وجود آن را با استفاده از داده‌های ثانویه تلسکوپ کانادا-فرانسه-هاوایی تأیید کردند. عرض باریک این ویژگی – که تنها ۷۲.۳ پارسک اندازه‌گیری شده است – به شدت از منشأ خوشه‌ کروی آن حمایت می‌کند.[1][2]

جریان‌های ستاره‌ای همچنین می‌توانند زمانی ایجاد شوند که کل کهکشان‌های کوتوله توسط نیروهای کشندی از هم گسیخته شوند. با این حال، جریان‌های کهکشان کوتوله، مانند جریان «یتیم-چناب» (Orphan-Chenab) در راه شیری، معمولاً بسیار پهن‌تر هستند و اغلب از ۲۰۰ پارسک فراتر می‌روند. مشخصات باریک اویاشیو، همراه با رنگ آن که با یک خوشه ستاره‌ای فشرده نزدیک مطابقت دارد، به طور قطعی به یک خوشه‌ کروی به عنوان منشأ اشاره می‌کند.[1][3]

تیم تحقیقاتی با استفاده از یک ابزار محاسباتی به نام مدل‌سازی جریان مولد (generative stream modeling)، مدل‌های دینامیکی را مستقیماً بر شکل مشاهده شده جریان منطبق کردند. این امر به آن‌ها اجازه داد تا اولین محدودیت مبتنی بر جریان را بر هاله ماده تاریک یک کهکشان فوق‌العاده پراکنده اعمال کنند و ثابت کنند که این تکنیک در فواصل فراکهکشانی نیز کار می‌کند.[1][2]

این مدل‌ها نشان می‌دهند که UGC 9050-Dw1 توسط یک هاله عظیم ماده تاریک احاطه شده است، که با انتظارات قبلی برای کهکشان‌های فوق‌العاده پراکنده سازگار است. این امر تأیید می‌کند که روش جریان ستاره‌ای، که قبلاً محدود به کهکشان خودمان بود، ابزاری قابل اجرا و قدرتمند برای اندازه‌گیری ماده تاریک در سامانه‌های دوردست است.[1][3]

در حالی که داده‌های اولیه قانع‌کننده هستند، محققان اذعان دارند که این تنها یک جریان کاندید باقی می‌ماند. جرم دقیق خوشه منشأ به یک حد بالایی کمتر از ۲.۵ میلیون جرم خورشیدی محدود شده است، اما برای اصلاح بیشتر مشخصات چگالی ماده تاریک، مشاهدات عمیق‌تر و با وضوح بالاتر مورد نیاز است.[1][2]

کشف اویاشیو به عنوان یک اثبات مفهوم حیاتی عمل می‌کند. با راه‌اندازی رصدخانه‌های نسل بعدی مانند تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن و مأموریت اقلیدس آژانس فضایی اروپا، ستاره‌شناسان انتظار دارند در آینده نزدیک جریان‌های ستاره‌ای فراکهکشانی بسیار بیشتری را شناسایی کنند.[1][3]

نمونه بزرگ‌تری از جریان‌ها در انواع مختلف کهکشان‌ها به دانشمندان این امکان را می‌دهد که محیط‌های ماده تاریک را در سراسر کیهان مقایسه کنند. علاوه بر این، شکاف‌ها یا توده‌های کوچک در این جریان‌های باریک می‌توانند در نهایت تعاملات با زیرهاله‌های ماده تاریک کم‌جرم را آشکار سازند و سرنخ‌های بی‌سابقه‌ای در مورد ماهیت بنیادی خود ذره ماده تاریک ارائه دهند.[2][3]