ژرفای سرد

پنجشنبه 19 دی 1387 - 21:03 | شاخه :

رویدادهای نجومی | 3026 بازدید | 0 دیدگاه

پایدار و جاودانه! اینها شاید از اولین صفاتی باشند که هر روز با دیدن خورشید به ذهن ما خطور کند. البته تقریبا بعید است که در یک عصر آفتابی، هنگام لذت بردن از گرمای خورشید، به منشاء پیدایش آن فکر کنید؛ اما شاید این مطلب که خورشید همیشه به این شکل نبوده و نخواهد ماند، دور از ذهن نباشد. در حالی که نزدیکی این ستاره به زمین، آن را بسیار خاص جلوه می دهد، آسمان شب پر است از ستارگانی که بعضی از آنها شبیه به خورشید ما و برخی دیگر بزرگتر و درخشان تر یا کوچکتر و کم نور ترند. ستارگانی که شاید تعداد زیادی از آنها دارای منظومه ی سیاره ای باشند.
یکی از صور فلکی که در شب های زمستان، در نیمکره ی شمالی خود نمایی می کند، صورت فلکی شکارچی (جبار) است. چشم انداز های پر ستاره ی این صورت فلکی توسط گرد و غبار هایی پوشیده شده اند که بیشتر آشفتگی هایی را که هنگام تولد ستارگان به وجود می آید، از دید ما مخفی نگاه می دارند. اگر تلسکوپ خود را به «خنجر» این صورت فلکی نشانه روید، می بینید که پرزدار است. در حقیقت این تنها یک ستاره نیست؛ بلکه خوشه ای از ستارگان تازه متولد شده ای است که راه خود را از میان ابر هایی که آنها را به وجود آورده باز کرده اند.
هنگامی که تلسکوپ های بزرگ به سوی سحابی شکارچی نشانه می روند، می توانند در آن صد ها «پیش ستاره» را تشخیص بدهند که بسیاری از آنها با صفحاتی از گاز و گرد و غبار احاطه شده اند. صفحاتی که می توانند محل شکل گیری سیارات باشند.
اما خورشید و ستارگان دیگر و سیارات وابسته به آنها که در سراسر جهان پخش شده اند، چگونه به وجود آمده اند؟ در طول مدت 2سال، ستاره شناسانی همانند من توانسته اند جزئیات این مطلب را روشن کنند. شاید برای شما جالب باشد که بدانید که این کوره های هسته ای بسیار داغ و نورانی، زندگی خود را از سرد ترین و تاریک ترین قسمت های کهکشان آغاز می کنند- شاید به عنوان توده ای در میان ابری از گرد و غبار.
ما اکنون می دانیم که کهکشان راه شیری،شامل تعداد زیادی از این ابر های تاریکی است که در دل خود ستارگانی را در حال متولد شدن دارند. بعضی از این ابر ها، مانند آنهایی که در صور فلکی گاو و برساووش می توان یافت، ابر هایی هستند که ستارگانی تقریبا هم جرم خورشید ما پدید می آورند. اما ابر های بزرگتر مثل سحابی جبار(شکارچی)، خوشه های متراکمی از ستارگان پر جرم و کم جرم را به وجود می آورند. شواهد موجود نشان می دهند که خورشید ما درون منطقه ای شبیه به سحابی شکارچی شکل گرفته است. بنابراین شاید بتوانیم با مطالعه ی این ابر بزرگ، راهنمایی برای رسیدن به منشا پیدایش خودمان بیابیم.
تقریبا در همه جای این گیتی پهناور می توان ستارگانی را در حال شکل گیری یافت. بیشتر ستارگان در کهکشان های مارپیچی، مثل راه شیری، پدید می آیند. اما در کهکشان های کوتوله و حتی بی نظم نیز می توان آنها را یافت، که هنگام برخورد کهکشان ها شروع به فعالیت های پی در پی می کنند. اما شکل عمومی این ابر ها به صورت مخازنی از گازهای سرد و تاریک و گرد و غبار هستند که ابر های عظیم مولکولی نامیده می شوند. گستردگی آنها به اندازه ی هزاران سال نوری است و می توانند جرمی معادل هزاران جرم خورشیدی داشته باشند.
این ابرها بیشتر از جنس هیدروژن با مقدار کمی از عناصر کمیاب مانند اکسیژن و کربن و سیلیسیم و مولکول هایی از قبیل کربن مونواکسید، آمونیاک، آب و متانول هستند. این اتم ها و مولکول ها در اعماق سرد این ابر ها به هم می پیوندند تا دانه های میکرونی گرد و غبار را تشکیل دهند. در حالی که تنها 1 درصد از این ابر ها را غبار تشکیل می دهد، این غبار اندک قادر است سد راه امواج مرئی و حتی فروسرخ بشود.بنابراین، این ابر ها مانند لکه های سیاهی به نظر می رسند که در میان انبوهی از ستارگان جای گرفته اند.
امروزه تلسکوپ های رادیویی مانند تلسکوپ Very Large Array (آنتن بزرگ) در New Mexico قادر به ردیابی آمونیاک در ابر های میان ستاره ای هستند که ستاره شناسان از این مولکول ها به عنوان دماسنج استفاده می کنند. قدرت طیف های ایجاد شده توسط این مولکول ها رابطه مستقیمی با دمای گاز در بر گیرنده ی آنها دارد. با کمک یک چنین اندازه گیری هایی، ستاره شناسان اکنون می دانند که کهکشان های مارپیچ دارای ابرهایی با دمای 1تا 5کلوین هستند.
ابر های بزرگ مولکولی همچنین دارای مقداری از اسید های آمینه می باشند. حال تصور کنید که سیاراتی که از این مواد ساده و آغازین ساخته می شوند، محتوی زیر بنای اصلی و سازنده ی حیات می باشند! Fred Lahuis توانست اولین مدرک قطعی را در این مورد در اواخر سال 2005 میلادی بدست آورد. او با استفاده از تلسکوپ فضایی ناسا ، Spitzer ، توانست منظومه ی سیاره ای تازه متولد شده ای را که در فاصله ی 375 سال نوری از ما و در صورت فلکی حوا (مار افسای) قرار داشت شناسایی کند که می شد در آن پیش ماده ی DNA و پروتئین را در کمربند های سیارکی و مدار سیارات در حال شکل گیری یافت. شاید حیات بتواند در این منظومه شکوفا شود.
ابرهای مولکولی بزرگ در ابتدا ستاره شناسان زیادی را به تفکر درباره ی خود وا داشتند. ما نمی توانستیم این موضوع را درک کنیم که چرا آنها در اثر جاذبه ی به وجود آمده از انفجارهای هنگام شکل گیری ستارگان، رمبش نکرده اند. چه عاملی است که میلیارد ها سال آنها را بدین شکل نگه داشته است. چرا جهان از گازها تهی نشده است؟
در سال 199ستاره شناسان سراسر جهان به این نتیجه رسیدند که برای حل این معما باید به بررسی پدیده ی اغتشاش پرداخت. درست مشابه همان آشفتگی که هنگام اضافه کردن شیر به قهوه مشاهده می کنید، با این تفاوت که مقیاس این بررسی صد ها یا شاید هزاران سال نوری بزرگتر باشد.
این پدیده باعث به وجود آمدن حرکت چرخشی در ابرها می شود که در نتیجه ی آن، ابرها نمی توانند به آسانی رمبش کنند. این آشفتگی ها مانند گرما و امواج ضربه که از درون ابر نشأت می گیرند عملکردی شبیه به نیروهای بیرونی ناشی از حرکت چرخشی کهکشان و انفجار ابرنواختر ها دارند. همچنین نیروهای مغناطیسی ناشی از قرار گرفتن ذرات باردار مانند الکترون ها، پروتون ها و یون ها در میدان مغناطیسی موجود در این ابر ها، مانع رمبش آنها می گردد.
در کنار محدودیت هایی که این نیروها برای ابر ها به وجود می آورند، باید این را نیز بدانیم که اصولا ستارگان با هم تلفیق نمی شوند. نکته ی مهم این است ابر های مولکولی عظیم یک شکل نیستند. در حقیقت آنها ساختار های پویایی از رشته های چگال و هسته هایی هستند که به هم گره خورده اند. این رشته ها بعد از ده ها هزار سال کم کم سرد شده و آشفتگی و میدان مغناطیسی در آنها از بین می رود.

یک گلبول سیاه به نام BHR 71 که در حال بیرون آمدن از پیله ی خود است. سمت چپ تصویری را که توسط آینه ی 2/8 متری Yepun تلسکوپ بزرگ رصد خانه ی جنوب اروپا گرفته شده نشان می دهد که در آن شراره های نور ستاره ای را می بینید که از مجرایی که توسط برون پاشی های یک ستاره ایجاد شده نمایان می شود. در سمت راست عکسی با اشعه ی مصنوعی فرو سرخ می بینید که توسط تلسکوپ فضایی Spitzer گرفته شده تا حجاب گرد و غبار را بردارد و برون پاشی های ستاره ی تازه متولد شده قابل رویت گردد.

این آرامش به هسته این اجازه را می دهد که با نیروی جاذبه ی خود بتواند یک یا چند توده ی مرکزی را ایجاد کند- زیر بنای تشکیل ستارگان. هر کدام از آنها به تنهایی جرمی معادل ده ها جرم خورشیدی از گرد و غبار دارند و نوعا بزرگی آنها 1/6سال نوری است؛ یعنی 16بار بزرگتر از قطر مدار چرخش نپتون به دور خورشید.

همواره اغتشاش و عدم تقارن در یک ابر در حال رمبش، باعث پدید آمدن توده ای از مواد با کمی حرکت دورانی و یا تکانه ی زاویه ای می شود. این مواد به وجود آورنده ی پیش ستاره ی در حال چرخش توسط جاذبه کنار یکدیگر نگه داشته شده و گرمایی که به دست می آورد- بر خلاف یک ستاره ی بالغ که با انجام واکنش های هسته ای گرم می شود- حاصل از برخورد ذرات ریز تشکیل دهنده ی آن به یکدیگر است. در حالی که نیروی جاذبه باعث انقباض هر چه بیشتر پیش ستاره می شود، سرعت حرکت اسپینی(چرخش به دور خود)آن بیشتروبیشتر می گردد تا بتواند تکانه ی زاویه ای را متعادل نگه دارد.
اگر همه ی مواد در حال گردش مستقیما به سوی مرکز سقوط کنند، سرعت حرکت اسپینی توده به قدری زیاد می شود که توده شروع به فروپاشی می کند. در واقع، اگر راهی برای کاستن از سرعت حرکت اسپینی نبود، فقط ستارگانی با جرم 05/جرم خورشیدی می توانستند تشکیل شوند. اما ستارگان بسیار پر جرم تر از این رقم هستند- به عنوان نمونه خورشید ما.
اما این معمای پیچیده فقط با حضور صفحه ی تجمع(accretion disk) حل می شود. صفحه ای از گاز و گرد و غبار که به دور پیش ستاره می چرخد. در واقع وظیفه این صفحه این است که به ذراتی که سرعت اسپینی آنها پایین است، اجازه ی حرکت به سمت مرکز و جمع شدن بر روی پیش ستاره را بدهد و ذراتی که سرعت اسپین آنها زیاد است را همانند موشک های پر قدرتی، عمود بر صفحه ی تجمع به خارج سیستم راهنمایی کند و با این کار تکانه زاویه ای را متعادل نگه دارد. تا به امروز 40پیش ستاره با یک چنین ساختاری شناسایی شده اند.
نتیجه ی هر کدام از این برون ریزی های در امتداد محور اصلی، جت یونیزه ای است که سرعتش به بیش از 10کیلومتر بر ثانیه می رسد. این جت ها نوعا توسط حباب های عظیمی از گاز احاطه شده اند که سرعت این حباب ها به چند ده کیلومتر در ثانیه می رسد.
در حالی که قطر صفحه ی تجمع بین 10تا 100واحد نجومی(A.U.) است، برون پاشی های دوقطبی پیش ستاره از 3 تا 3سال نوری از آن دورتر می رود. آنها با خشونت را خود را از میان مولکول های موجود در ابر باز می کنند و به فضای میان ستاره ای وارد می شوند.

ما تاکنون موفقیت های چشمگیری در یافتن رابطه ی فیزیکی بین درون ریزی ها( موادی که به پیش ستاره اضافه می شوند) و برون پاشی های (موادی که به بیرون از سیستم رانده می شوند) صفحه ی تجمع نداشته ایم. مشکل اساسی ما در این مورد این است که تلسکوپ های امروزی ما قادر به دیدن جزئیات وقایعی که نزدیک پیش ستاره ها رخ می دهند نیستند. شواهدی که به دست ما می رسد، در حقیقت تکه ها یا قسمت های کوچکی از اتفاقاتی است که در مقیاس های بزرگ (مثلاً لایه ی بیرونی

عکس جت های پرتاب شده را از ستاره در رنگ های آبی و سبز و محدوده ی نزدیک ستاره را با رنگ قرمز نمایش می دهد. علیرغم اینکه مادون قرمز به داخل ابر های اطراف آن نفوذ کرده اما صفحه ی تجمع مانع داشتن نگاه دقیق تری از ستاره می شود.

صفحه ی تجمع یا برون پاشی ها) رخ می دهد که ما با استفاده از آنها و مدل های ریاضی و فیزیکی خودمان، آنچه را که در مقیاس های کوچک رخ می دهد استنتاج می کنیم.
عنصر اصلی همه ی آنها، میدان مغناطیسی است که در تمام دیسک جریان دارد. در واقع این میدان مغناطیسی عامل بسیار مهمی در بیرون ریختن ذرات پر سرعت یونی در جهت عمود بر فلوی(شار) مغناطیسی گذرنده از صفحه ی تجمع است.
مدل های ما می گویند که گاز باقی مانده در دیسک سرعت اسپین پایینی دارد زیرا که برون پاشی گازهای پر سرعت مقدار زیادی از تکانه زاویه ای را می گیرد و آن را متعادل نگه می دارد. در این هنگام است که نیروی جاذبه قوی تر شده و بر نیروی گریز از مرکز(centrifugal force) غلبه می کند و به گاز کم سرعت درون سیستم اجازه ی تجمع بر روی پیش ستاره را می دهد.

شرح تصویر : ستاره ی جوانی که در حال برون پاشی است و محدوده ی آن 12 سال نوری است. این

اما مدل ها توانایی شرح دادن همه ی پدیده ها را ندارند.به عنوان مثال هنوزجزئیات چگونگی برون پاشی موادازطریق خطوط میدان مغناطیسی واضح نیست. شاید اغتشاش وگرمای موضعی در فرستادن مواد پر سرعت به بالای سطح دیسک نقش داشته باشند؛ جایی که تشعشعات و شوک های پیش ستاره باعث یونیده شدن مواد می شود. در این هنگام است که این مواد به بیرون از سیستم رانده شده و تکانه زاویه ای با رفتن آنها کاهش می یابد.
در سالهای اخیر به گروهی از منجمان از طرفFrancesca Bacciotti و Leonardo Testi (رصد خانه ی Arcetri ، ایتالیا) و افراد دیگر این اجازه داده شد که با کار کردن با تلسکوپ فضایی هابل از چرخش گاز های یونیده ی در جت هایی که از طرف پیش ستارگانی که بعدا ستاره ها را به وجود می آورند نقشه برداری کنند. با فرض اینکه حرکت آنها با حرکت صفحه ی زیرین مطابقت داشته باشد، اندازه گیری های سرعت های آنها نشان می داد که از جایی با فاصله ی 03/تا 2 واحد نجومی از ستاره بیرون رانده می شوند. شاید برون پاشی هایی که خورشید تازه شکل گرفته ی ما انجام می داده از منطقه ای بوده که زمین و سیارات درونی در آن قرار دارند.
حتی نزدیکترین پیش ستاره ها، صد ها سال نوری با زمین فاصله دارند. در یک چنین فاصله ای، فضایی که برون پاشی ها از آنجا نشأت می گیرند از زمین تحت زاویه ی 01/ثانیه ی قوسی دیده می شود. این رقم حتی فراتر از قدرت تفکیک تلسکوپ هابل است. اما آنتن بزرگ Atacama که اکنون در کشور شیلی در دست ساخت است، چنین قدرت تفکیکی خواهد داشت.
با این تلسکوپ شاید بتوانیم به پیش ستارگان متصل شویم و برون پاشی و درون ریزی های آنها را دقیق تر ببینیم. آیا رابطه ای بین پایگاه اغتشاشات جت های پر سرعت و به وجود آمدن سیارات زمین گونه وجود دارد؟ آیا سیارات فقط زمانی می توانند شکل بگیرند که تجمعات بر روی پیش ستاره و برون پاشی ها به اتمام رسیده باشد؟ اینها از سوالاتی هستند که ما بعد از ساخته شدن این تلسکوپ رادیویی در سال 2012 پیگیری خواهیم کرد.
صرف نظر از چگونگی و مقدار ماده ی از دست رفته، یک حقیقت واضح است: ستارگانی که هم جرم خورشید ما باشند، طی ده ها میلیون سال و با گرفتن ماده از صفحه ی اطرافشان تشکیل می شوند. در حقیقت جت ها و تشعشعات پیش ستاره، گاز ها را از سیستم پاک می کنند. البته تا جایی که مقدار کمی گاز باقی بماند. بعد از چند میلیون سال، تجمع و برون پاشی ها به مقدار بسیار کمی می رسد. ستاره در 10میلیون سال بعدی شروع به بالا بردن دما و فشار داخل هسته ی خود می کند، تا جایی که بتواند عمل گداخت هسته ای را بر روی مولکول های هیدروژن شروع کند- در این زمان ستاره متولد شده است.باقی مانده ی گاز ها وغباروسنگریزه ها،یک سیستم سیاره ای راپدید می آورند.
سال قبل، ستاره شناسان فهمیدند که این شکل برای پیدایش ستارگان فقط مناسب ستارگان بسیار کم جرم( 1/جرم خورشیدی یا 10برابر جرم مشتری) است. حتی کوتوله ی قهوه ای نیز که جرمی برابر 15 تا 75 برابر جرم مشتری دارند (که به سختی می توانند از سیارات پر جرم تر شوند)، تقریبا با این مدل پیش بینی شده که مخصوص اجرامی با حجم 5 برابر مشتری است تشکیل می شوند.
Neal Evans (دانشگاه Texas) و همراهانش با بکار بردن اشعه فروسرخ تلسکوپ فضایی Spitzer ناسا، در یک تحقیق بی سابقه توانستند کوتوله های قهوه ای جوان بی شماری را به عنوان کاندید در نزدیکی ما بیابند که هنوز در حال شکل گیری هستند. Ray Jayawardhana (دانشگاه Toronto ) اعلام کرد که این اجرام کم جرم می توانند صفحه ی تجمع و برون پاشی ها را برای ما مشخص کنند. آیا ما با کوتوله های سرخ زیادی که هر کدام یک منظومه ی سیاره ای به همراه دارند احاطه شده ایم؟ البته این ممکن است که یک چنین ستارگانی در نزدیکی ما بیشتر از ستارگانی مانند خورشید باشند.

Subhanjoy Mohanty و همکارانش به تازگی اعلام کردند که یک کوتوله ی قهوه ای را در نزدیکی ما پیدا کرده اند که همراهی به جرم یک سیاره دارد که این همراه خود صفحه ی تجمع جداگانه ای دارد!این بسیار تعجب آوراست که کم جرم ترین اجرامی که با این روش تشکیل می شوند دارای سیاراتی باشند که علی رغم کم جرم بودن از این روش گردابی تبعیت می کنند.
به طور قطع چند سال آینده علم نجوم با پیدا کردن منشأ پیدایش منظومه ی شمسی جذاب تر می شود و ما به جواب دادن به این سوال توانا تر خواهیم بود که آیا سیاراتی پیرامون ستارگان دیگری هستند که بتوانند پناه گاه حیات شوند؟

By: Debra Shepherd From National Radio Astronomy Observatory (NRAO)
منبع : مجله Sky & Telescope شماره ژوئن 2007

اشتراک گذاری در:

بیشتر بخوانید

بیان دیدگاه

- لطفاً نام و دیدگاه‌ خود را با حروف فارسی تایپ کنید.
- سایت انجمن نجوم آماتوری ایران مجاز به ویرایش ادبی دیدگاه‌ها است.
- دیدگاه‌هایی که حاوی مطالب کذب، توهین یا بی‌احترامی و موارد مغایر با قوانین کشور باشند منتشر نخواهند شد.
- دیدگاه‌ها پس از تأیید منتشر می‌شوند.