شکار خیره کننده تلسکوپ جیمز وب از جت اژدها؛ فوران آتشین در دل ستاره های نوزاد
به گزارش اوج باور، تلسکوپ فضایی جیمز وب بار دیگر با ثبت تصویری بی نظیر، پرده از یکی از پرآشوب ترین و در عین حال زیباترین لحظات تولد ستاره ها برداشته است. این پدیده که به علت شباهت ظاهری اش به نفس آتشین یک موجود افسانه ای، جت اژدها نامیده می گردد، مجموعه ای پیچیده از فوران های مادی است که از اعماق یک خوشه ستاره ای جوان به بیرون پرتاب می شوند. در این گزارش ، به آنالیز ساختار مجموعه خروجی های HH288 و نقش حیاتی این جت ها در حفظ بقای ستاره های نوزاد می پردازیم. اگر می خواهید بدانید چگونه تلسکوپ وب با نفوذ به لایه های غبارآلود کیهانی، رازهای پنهان ستاره زایی را آشکار نموده است، مطالعه این مطلب را از دست ندهید. با ما همراه باشید تا در سفری میان ستاره ای، جزئیات این آشوب مهندسی شده در فضا را واکاوی کنیم.
دانستنی نایاب:
سرعت موادی که در جت اژدها به بیرون پرتاب می شوند به 200 کیلومتر بر ثانیه می رسد؛ این یعنی ماده می تواند فاصله تهران تا مشهد را در کمتر از 5 ثانیه طی کند!
آنچه دیده می شود فقط یک جت ساده نیست، بلکه مجموعه ای پیچیده از فوران های مادی است که از چند ستاره نوزاد به طور هم زمان بیرون می ریزند. این ساختار که با نام جت اژدها شناخته می شود، نمونه ای کم نظیر از آشوب زیبا در دل فرایند ستاره زایی است. تصویر جت اژدها با وضوح بی سابقه خود، امکان مشاهده جزئیاتی را فراهم نموده که پیش تر فقط حدس زده می شدند. در این صحنه، تولد ستاره ها نه آرام و منظم، بلکه پرتنش، پویا و همراه با پس زنی ماده به فضا دیده می شود. همین ویژگی هاست که جت اژدها را به یکی از مهم ترین تصاویر علمی سال های اخیر تبدیل نموده است.
جت اژدها دقیقاً چیست و چرا این نام را گرفته است؟
نام علمی این ساختار، مجموعه خروجی های پیش ستاره ای HH288 (HH288 Protostellar Outflow Complex) است. با این حال از دهه 1990 که این ناحیه برای نخستین بار رصد شد، شباهت شکل کلی آن به یک اژدهای اسطوره ای باعث شد اخترشناسان به طور غیررسمی آن را جت اژدها بنامند. در تصویر نو، بدنه اصلی این اژدها به صورت جتی تقریباً مستقیم دیده می شود که شبیه شعله های آتش به نظر می رسد. شاخه ها و فوران های فرعی در جهات مختلف پخش شده اند و تصویری پیچیده و چندلایه ساخته اند.
رنگ قرمز غالب در این تصویر به علت تابش هیدروژن مولکولی (Molecular Hydrogen) است که در اثر شوک های شدید گرم شده و نور فروسرخ (Infrared) گسیل می نماید. این شوک ها زمانی ایجاد می شوند که مواد با سرعت بالا از ستاره های نوزاد بیرون زده و با گازهای اطراف برخورد می نمایند. آنچه تصویر جیمز وب را خاص می نماید، توانایی آن در تفکیک این ساختارها در طول موج فروسرخ نزدیک است. این وضوح بالا نشان می دهد که جت اژدها نه یک خروجی منفرد، بلکه حاصل فعالیت هم زمان چند پیش ستاره در یک خوشه فشرده است.
چرا ستاره های نوزاد ماده را به بیرون پرتاب می نمایند؟
برخلاف تصور رایج، ستاره ها از همان ابتدا با میزان و جرم نهایی خود متولد نمی شوند. در مرحله پیش ستاره ای (Protostar Phase)، هسته در حال شکل گیری به طور مداوم ماده را از ابر گازی اطراف جذب می نماید. بخشی از این ماده به صورت قرصی تخت پیرامون پیش ستاره پخش می شود، قرصی که بعدها می تواند محل تولد سیارات باشد. اما این فرایند یک مشکل اساسی دارد.
طبق قانون پایستگی تکانه زاویه ای (Conservation of Angular Momentum)، هرچه جسمی کوچک تر شود باید سریع تر بچرخد. اگر تمام ماده جذب شده بدون راه خروج باقی بماند، چرخش پیش ستاره آن قدر افزایش می یابد که عملاً از هم می پاشد. راه چاره طبیعت برای این بحران، ایجاد جت ها و خروجی هاست. این فوران ها بخشی از جرم و تکانه زاویه ای اضافی را به بیرون منتقل می نمایند و به پیش ستاره اجازه می دهند به رشد خود ادامه دهد.
در جت اژدها، این فرایند با شدتی چشمگیر دیده می شود. مواد با سرعتی در حدود 100 تا 200 کیلومتر بر ثانیه از پیش ستاره ها دور می شوند. این سرعت بالا نشان می دهد که خروجی ها نقشی حیاتی در تنظیم تولد ستاره ها دارند، نه صرفاً پدیده ای جانبی یا تزئینی در آسمان.
آشوب زیبا در دل یک خوشه ستاره ای متراکم
رصدهای پیشین تنها دو جریان خروجی تقریباً عمود بر هم را در این ناحیه نشان می دادند. اما تصویر تازه فروسرخ جیمز وب آشکار نموده که واقعیت بسیار پیچیده تر است. اکنون دست کم پنج یا حتی شش جریان مجزا شناسایی شده اند که همگی از یک ناحیه مرکزی سرچشمه می گیرند. این موضوع نشان می دهد که در قلب جت اژدها، خوشه ای متراکم از پیش ستاره ها به طور هم زمان در حال رشد و فوران هستند.
این آشوب ساختاری برای اخترشناسان بسیار ارزشمند است. زیرا نشان می دهد تولد ستاره ها همواره به صورت منفرد و منظم رخ نمی دهد. در بسیاری از موارد، چندین پیش ستاره در فاصله ای بسیار نزدیک از هم شکل می گیرند و خروجی های آن ها با یکدیگر تداخل پیدا می نماید. نتیجه چنین وضعیتی، ساختارهایی پیچیده و درهم تنیده مانند جت اژدهاست که مرز میان نظم فیزیکی و آشوب کیهانی را به خوبی نشان می دهد.
چرا جت اژدها برای درک تولد ستاره ها اهمیت ویژه دارد؟
آنچه جت اژدها را از بسیاری نمونه های شناخته شده متمایز می نماید، جرم پیش ستاره های درگیر در آن است. این اجرام در دسته ستاره های با جرم میانه (Intermediate-mass Protostars) قرار می گیرند، یعنی جرمی چند برابر خورشید دارند اما به میزان ستاره های بسیار پرجرم نیستند. این بازه جرمی سال ها کمتر مورد توجه بوده، زیرا رصد آن ها دشوارتر از ستاره های کم جرم و در عین حال کمتر نمایشی از ستاره های بسیار پرجرم است.
جت های مربوط به ستاره های کم جرم معمولاً ساختاری منظم، باریک و دوقطبی دارند. در مقابل، خروجی های ستاره های پرجرم اغلب بسیار آشفته اند و محیط اطراف را به شدت دگرگون می نمایند. جت اژدها دقیقاً در میانه این دو حالت قرار می گیرد. نه آن قدر منظم است که ساده تفسیر شود، نه آن قدر بی نظم که تحلیل آن غیرممکن باشد. همین ویژگی باعث می شود این سامانه به یک آزمایشگاه طبیعی برای آنالیز نقش ستاره های جرم میانه در تنظیم محیط تولدشان تبدیل شود.
تنظیم اتوماتیک ستاره زایی چگونه در جت اژدها دیده می شود؟
یکی از پرسش های بنیادی در اخترفیزیک این است که چرا همه گاز یک ابر مولکولی به ستاره تبدیل نمی شود. اگر هیچ سازوکار مهارنماینده ای وجود نداشت، ستاره زایی می توانست به طور انفجاری ادامه پیدا کند. خروجی ها و جت ها یکی از مهم ترین عوامل این تنظیم اتوماتیک هستند. آن ها با بیرون راندن ماده، هم رشد پیش ستاره را کنترل می نمایند و هم محیط اطراف را دگرگون می سازند.
در جت اژدها، این فرایند به شکل بسیار واضحی دیده می شود. چندین پیش ستاره به طور هم زمان در حال بیرون ریزی ماده اند و این خروجی ها با یکدیگر تداخل پیدا می نمایند. نتیجه، پراکندگی گاز و کاهش چگالی محیطی است که می توانست ماده بیشتری برای تولد ستاره های تازه فراهم کند. به بیان ساده تر، همین جت ها مانع از آن می شوند که همه چیز به ستاره تبدیل شود.
این تصویر نشان می دهد که ستاره های جرم میانه احتمالاً نقش مهمی در تنظیم سرعت ستاره زایی در خوشه های متراکم دارند. آن ها نه تنها خودشان رشد می نمایند، بلکه با فوران هایشان آینده کل منطقه را شکل می دهند. این نکته می تواند در بازنگری مدل های نظری ستاره زایی تأثیر جدی بگذارد.
چرا تلسکوپ جیمز وب این جزئیات را آشکار کرد؟
تصاویر پیشین از این ناحیه، عمدتاً با تلسکوپ هایی ثبت شده بودند که حساسیت کافی در فروسرخ نداشتند. بسیاری از این منطقه ها در نور مرئی پنهان اند، زیرا گرد و غبار میان ستاره ای نور را جذب می نماید. تلسکوپ فضایی جیمز وب با توانایی رصد در فروسرخ نزدیک، می تواند به درون این ابرهای غبارآلود نفوذ کند و ساختارهای پنهان را آشکار سازد.
در تصویر جت اژدها، همین ویژگی باعث شده جریان هایی دیده شوند که پیش تر قابل تشخیص نبودند. خطوط قرمز متعدد در جهات مختلف، نشانه شوک های فعال و فوران های هم زمان اند. این سطح از جزئیات به اخترشناسان اجازه می دهد تعداد پیش ستاره ها، جهت حرکت مواد و حتی تعامل میان خروجی ها را بهتر تخمین بزنند.
به عبارت دیگر، جیمز وب فقط یک تصویر زیبا ارائه ننموده، بلکه پنجره ای تازه به فیزیک پیچیده تولد ستاره ها گشوده است. داده هایی از این دست، پایه پژوهش های آینده و رصدهای تکمیلی در طول موج های میلی متری و رادیویی خواهند بود.
آینده پژوهش درباره جت اژدها چه خواهد بود؟
تیمی که این مشاهدات را انجام داده، در حال آماده سازی یک تحقیق جامع با استفاده از کل داده هاست. بعلاوه رصدهای بعدی در طول موج های دیگر برنامه ریزی شده اند تا ویژگی های فیزیکی این سامانه با دقت بیشتری تعیین شود. ترکیب داده های فروسرخ، میلی متری و رادیویی می تواند تصویری سه بُعدی از جریان ماده در این ناحیه ارائه دهد.
چنین پژوهش هایی فقط به شناخت یک پدیده خاص محدود نمی شوند. جت اژدها می تواند به الگویی برای درک نقش خوشه های پیش ستاره ای در کهکشان های جوان تبدیل شود. این یعنی نتایج آن، فراتر از یک تصویر دیدنی، بر فهم ما از تکامل کهکشان ها هم اثر خواهد گذاشت.
مهندسی کیهانی: چگونه جت ها معماران فضای میان ستاره ای می شوند؟
وقتی به جت اژدها می نگریم، نباید آن را صرفاً یک پسماند فضایی ببینیم؛ بلکه این جت ها معماران واقعی خوشه های ستاره ای هستند. در واقع، انرژی جنبشی بزرگی که به وسیله این فوران ها به ابرهای مولکولی تزریق می شود، باعث ایجاد تلاطم (Turbulence) در مقیاس های بزرگ می شود. این تلاطم از فروپاشی ناگهانی و بی رویه ابرهای گازی جلوگیری نموده و باعث می شود فرآیند ستاره زایی در کهکشان ها، به جای یک انفجار کوتاه مدت، جریانی مداوم و میلیاردی داشته باشد. جت اژدها در واقع نشان دهنده یک فیدبک مثبت در مهندسی کیهانی است که تعادل میان جاذبه و فشار را در قلب خوشه های متراکم حفظ می نماید.
پدیده شوک های خمیده: ردپای برخورد در خلاء
یکی از ظریف ترین جزئیاتی که جیمز وب در جت اژدها شکار نموده، ساختارهایی موسوم به شوک های کمانی (Bow Shocks) است. این ساختارها دقیقاً مشابه موج هایی هستند که در جلوی سینه یک کشتی در حال حرکت ایجاد می شوند. در خلاء فضای میان ستاره ای، زمانی که ذرات جت با سرعت مافوق صوت به گازهای ساکن برخورد می نمایند، لایه ای فشرده و درخشان ایجاد می شود که دمای آن به هزاران درجه می رسد. تحلیل شکل این قوس ها در تصویر HH288 به اخترشناسان اجازه می دهد تا تاریخچه فوران ها را بازسازی نمایند؛ گویی هر قوس، فسیلی از یک فوران آتشین است که هزاران سال پیش اتفاق افتاده و اکنون در پهنه کیهان منجمد شده است.
سوالات متداول (Smart FAQ)
1. چرا برای رصد جت اژدها از تلسکوپ فروسرخ استفاده می شود؟
ابرهای غباری که محل تولد ستاره ها هستند، نور مرئی را کاملاً جذب نموده و مانع دیده شدن درون سحابی می شوند. اما امواج فروسرخ طول موج بلندی دارند و می توانند از میان ذرات غبار عبور نموده و جزئیات پنهان را آشکار نمایند. تلسکوپ جیمز وب با بهره گیری از این ویژگی، دقیق ترین نقشه حرارتی و فیزیکی از جت اژدها را ثبت نموده است.
2. آیا خورشید ما هم در زمان تولد جتی شبیه به اژدها داشته است؟
بله، بر اساس مدل های اخترفیزیکی، خورشید نیز در مرحله پیش ستاره ای دارای خروجی های دوقطبی قدرتمندی بوده است. این جت ها وظیفه دفع تکانه زاویه ای اضافی را بر عهده داشتند تا خورشید بتواند بدون متلاشی شدن به ثبات برسد. تفاوت در این است که خورشید یک ستاره منفرد بوده، در حالی که جت اژدها حاصل فعالیت گروهی ستاره هاست.
3. نام HH288 در اصطلاحات نجومی به چه معناست؟
عبارت HH مخفف اشیاء هربیگ-هارو (Herbig-Haro objects) است که به افتخار دو اخترشناس پیشرو در این زمینه نام گذاری شده است. این اشیاء در واقع بخش های درخشانی از سحابی ها هستند که در اثر برخورد جت های ستاره ای با گازهای محیطی ایجاد می شوند. عدد 288 نیز نشان دهنده شماره ردیف این جرم در کاتالوگ جامع اشیاء هربیگ-هارو است.
4. فاصله جت اژدها از زمین چقدر است و در کدام صورت فلکی واقع شده است؟
این مجموعه در فاصله تقریبی 1500 سال نوری از زمین و در صورت فلکی آندرومدا (Andromeda) واقع شده است. به علت این فاصله زیاد، نوری که جیمز وب ثبت نموده متعلق به حدود 15 قرن پیش است. این فاصله به دانشمندان اجازه می دهد تا فرآیند تشکیل ستاره ها را در محیطی مشابه مهد ستاره ای خورشید مطالعه نمایند.
5. تفاوت جت های ستاره ای با بادهای خورشیدی چیست؟
جت های ستاره ای فوران هایی بسیار متمرکز، باریک و پرسرعت هستند که فقط در دوران نوزادی ستاره ها رخ می دهند. در مقابل، باد خورشیدی جریانی از ذرات باردار است که در تمام طول عمر ستاره به صورت کروی در همه جهات پخش می شود. قدرت و جرم منتقل شده در جت ها هزاران برابر بیشتر از بادهای خورشیدی معمولی است.
6. اگر زمین در مسیر یکی از این جت ها قرار بگیرد چه اتفاقی می افتد؟
قرارگیری در مسیر مستقیم یک جت ستاره ای برای هر سیاره ای فاجعه بار خواهد بود زیرا انرژی تابشی و ذرات پرانرژی آن جو را نابود می نمایند. با این حال، به علت وسعت بزرگ فضا و تراکم پایین این جت ها در فواصل دور، احتمال چنین برخوردی بسیار ناچیز است. در حقیقت، این جت ها با پاکسازی محیط اطراف، راه را برای شکل گیری پایدار منظومه های سیاره ای هموار می نمایند.
نتیجه گیری
تصویر جت اژدها که به وسیله تلسکوپ جیمز وب ثبت شده، فراتر از یک تابلوی هنری کیهانی، سندی حیاتی از مهندسی پیچیده طبیعت در زمان تولد ستاره هاست. با آنالیز دقیق HH288، دریافتیم که چگونه فوران های آتشین مادی، مانع از فروپاشی پیش ستاره ها شده و با تنظیم تکانه زاویه ای، تعادل را به خوشه های ستاره ای بازمی گردانند. وضوح فروسرخ وب به ما نشان داد که نظم و آشوب در فضا دو روی یک سکه هستند و همین تداخل های آشفته است که آینده کهکشان ها را رقم می زند. درک این فرآیندها نه تنها دانش ما را از فیزیک ستاره ها ارتقا می دهد، بلکه ریشه های پیدایش منظومه شمسی خودمان را نیز روشن تر می سازد.
مطالعه تکمیلی:
عکس با وضوح بالا را می توانید در فلیکر ببینید.
کدام بخش از این تصویر شما را بیشتر شگفت زده کرد؟
آیا شباهت ساختارهای کیهانی به موجودات اساطیری برایتان جالب است یا فیزیک پیچیده پشت این فوران های بزرگ؟ نظرات و سوالات خود را درباره قدرت تلسکوپ جیمز وب در بخش دیدگاه ها با ما به اشتراک بگذارید تا با هم به عمق بیشتری از رازهای آسمان نفوذ کنیم.
دکتر علیرضا مجیدی
پزشک، نویسنده و بنیان گذار وبلاگ خبرنگاران
دکتر علیرضا مجیدی، نویسنده و بنیان گذار وبلاگ خبرنگاران .
با بیش از 20 سال نویسندگی ترکیبی مستمر در زمینهٔ پزشکی، فناوری، سینما، کتاب و فرهنگ.
باشد که با هم متفاوت بیاندیشیم!
دربارهٔ علیرضا مجیدی در خبرنگاران