دسته: فضا

تلسکوپ فضایی جیمز وب آب و غبار را در فاصله‌ای بسیار نزدیک به سیاه‌چالهٔ کلان‌جرم مرکز کهکشان راه شیری شناسایی کرده است. این یافته نشان می‌دهد ستارگان کهنسال حتی در یکی از خشن‌ترین محیط‌های کیهانی هم می‌توانند به غنی‌سازی اطراف خود ادامه دهند.

ستاره‌ای که این مشاهدات بر آن متمرکز بوده، IRS 3 نام دارد و تنها ۰٫۵۵ سال نوری از کمان A* (Sagittarius A*)، سیاه‌چالهٔ مرکزی کهکشان ما، فاصله دارد. این نزدیکی همان چیزی است که یافته را چشمگیر می‌کند.

ستاره‌ای در واپسین مرحلهٔ زندگی

IRS 3 به مرحله‌ای از عمر خود رسیده که اخترشناسان آن را «شاخهٔ غول‌های مجانب» می‌نامند. ستارگان در این مرحله بزرگ، سرد و بسیار پرنور می‌شوند و با بادهای ستاره‌ای نیرومند، گاز و غبار از خود به فضا می‌ریزند.

این مادهٔ رهاشده یکی از مهم‌ترین منابع غبار کیهانی است؛ همان ماده‌ای که نسل‌های آیندهٔ ستارگان و سیارات از آن ساخته می‌شود. اما تا پیش از این روشن نبود که آیا ستاره‌ای چنین نزدیک به یک سیاه‌چالهٔ کلان‌جرم می‌تواند این کار را ادامه دهد یا نه.

آنچه وب دید

گروه پژوهشی نور فروسرخ ستاره را با ابزار MIRI تلسکوپ وب تحلیل کرد و نشانه‌های روشنی از غبار غنی از اکسیژن یافت. افزون بر آن، برای نخستین بار آب را در پوشش گازوغباری پیرامون این ستاره آشکار کرد.

این مشاهدات تصویر پیشین را دگرگون می‌کند. بررسی‌های گذشته بر پایهٔ شکل پوشش ستاره حدس زده بودند که IRS 3 غنی از کربن باشد، اما داده‌های تازه دو نشانهٔ فروسرخ نیرومند از غبار سیلیکاتی — ترکیبی از سیلیسیم و اکسیژن — نشان داد. این نشانه‌ها هویت شیمیایی واقعی ستاره را آشکار می‌کند: ستاره‌ای غنی از اکسیژن.

ماکارنا گارسیا مارین از آژانس فضایی اروپا، از نویسندگان همکار این پژوهش و سرپرست برنامهٔ MICONIC، می‌گوید این نخستین بار است که طیف پیوستهٔ فروسرخ میانه برای این ستاره گردآوری شده و همین امر شناسایی نشانه‌های غبار سیلیکاتی را ممکن کرده است.

پوششی لایه‌لایه

گروه پژوهشی با کنار هم گذاشتن طیف به‌دست‌آمده از وب و شبیه‌سازی مسیر عبور نور ستاره از مدل‌های گوناگون پوشش، توانست ساختار این پوشش را بازسازی کند.

نتیجه، توزیعی لایه‌لایه و پوسته‌مانند از غبار است که تا حدود ده هزار واحد نجومی از ستاره گسترده شده. دمای این پوشش از نزدیک به ۱۲۰۰ کلوین در نزدیکی ستاره تا حدود ۱۰۰ کلوین در بخش‌های بیرونی کاهش می‌یابد.

بر پایهٔ همین مشاهدات و مدل‌سازی، پژوهشگران جرم IRS 3 را نزدیک به شش برابر جرم خورشید و سن آن را حدود ۷۲ میلیون سال برآورد کرده‌اند. این ستاره ظاهراً در حال از دست دادن شدید جرم خود است.

چرا اهمیت دارد

فلوریان پایسکر از دانشگاه کلن در آلمان، نویسندهٔ نخست این پژوهش، مرکز کهکشان‌ها را از خشن‌ترین محیط‌های شناخته‌شده می‌داند و می‌گوید پرسش مهم آن است که آیا ستارگان می‌توانند در چنین جایی به غنی‌سازی پیرامون خود ادامه دهند. پاسخی که وب به دست می‌دهد این است که تولید غبار به شکل قابل توجهی تاب‌آور باقی می‌ماند.

گارسیا مارین می‌افزاید که آشکارسازی آب از این رو هیجان‌انگیز است که نشان می‌دهد مادهٔ مولکولی می‌تواند در محیطی زیر سلطهٔ تابش شدید دوام بیاورد.

این نتایج نشان می‌دهد ستارگان کهنسال ممکن است در تأمین غبار مرکز کهکشان‌ها نقشی مهم‌تر از آنچه گمان می‌رفت داشته باشند؛ نواحی‌ای که پیش‌تر برای چنین فرایندهایی بسیار نامساعد پنداشته می‌شد.

منابع

• Dust and water spotted close to giant black hole
• Astronomers find water in the harsh environment near the Milky Way's black hole — Space photo of the week

تلسکوپ فضایی هابل شواهدی قطعی به دست آورده است که نشان می‌دهد کهکشان راه شیری در نخستین مراحل شکل‌گیری خود یک کهکشان کوتوله را بلعیده است. این برخورد حدود ۱۱٫۸ میلیارد سال پیش روی داده، یعنی تنها نزدیک به دو میلیارد سال پس از انفجار بزرگ. یافته‌های این پژوهش در نشریهٔ Nature Astronomy منتشر شده است.

اهمیت این کشف در آن است که تاریخ مستند کهکشان ما را ۱٫۸ میلیارد سال دیگر به عقب می‌برد؛ بازه‌ای که تا پیش از این بیرون از دسترس مشاهده مانده بود.

آنچه پیش‌تر می‌دانستیم

راه شیری امروز کهکشانی مارپیچی و بزرگ است که صدها میلیارد ستاره را در خود جای داده. اما همیشه چنین نبوده است. این کهکشان هم از راه ساختن ستاره‌های تازه از ابرهای گازی خود رشد کرده و هم با جذب ستاره، گاز و مادهٔ تاریک از کهکشان‌های همسایه.

تازه‌ترین ادغام بزرگ در تاریخ راه شیری با کهکشان کوتولهٔ کماندار (Sagittarius) بوده که بیش از شش میلیارد سال پیش آغاز شده و تا امروز نیز ادامه دارد. پیش از آن، حدود ده میلیارد سال پیش، راه شیری کهکشان کوتولهٔ دیگری به نام گایا-سوسیج-انسلادوس را در خود فرو برده بود؛ رویدادی که ساختار صفحهٔ ستاره‌ای کهکشان ما را به شکل چشمگیری دگرگون کرد.

هم مشاهدات و هم شبیه‌سازی‌ها از مدت‌ها پیش نشان می‌دادند که ادغام بزرگ دیگری پیش از این دو رخ داده است، اما جزئیات آن سخت مورد مناقشه بود. کاری که اکنون انجام شده، همین نقطهٔ مبهم را روشن می‌کند.

خوشه‌های کروی همچون محل کاوش

هرچه پژوهشگران بخواهند دورتر به گذشتهٔ کهکشان نگاه کنند، کار دشوارتر می‌شود. راه شیری در جوانی کوچک‌تر بود و اندازه‌اش به کهکشان‌هایی که با آن‌ها برخورد می‌کرد نزدیک‌تر؛ آشوب بیشتری هم داشت، و ممکن است نشانه‌های آن ادغام‌ها در طول میلیاردها سال پاک شده باشد.

راه ورود به این گذشتهٔ مه‌آلود، خوشه‌های کروی است: مجموعه‌های عظیم و تقریباً کروی که از ده‌ها هزار تا چند میلیون ستاره را در بر می‌گیرند. این خوشه‌ها برخی از کهن‌ترین ستارگان کهکشان را در خود نگه داشته‌اند و همچون محوطه‌های کاوش باستان‌شناسی عمل می‌کنند: ستارگانی را حفظ می‌کنند که زمانی به کهکشان‌های دیگر تعلق داشتند.

گروه پژوهشی ۳۹ خوشهٔ کروی را در محدودهٔ درونی ۲۰ هزار سال نوری کهکشان بررسی کرد، جایی که انتظار می‌رود نشانه‌های کهن‌ترین ادغام‌ها بهتر حفظ شده باشد.

کیارا زربیناتی از دانشگاه بولونیا، از نویسندگان همکار این پژوهش، می‌گوید دقت و عمق تصویربرداری هابل به آن‌ها اجازه داده است سن و مقدار فلز این خوشه‌ها را با دقتی بی‌سابقه اندازه بگیرند و در کنار داده‌های گایا، جمعیتی از خوشه‌ها را از بقیه تفکیک کنند.

منظور از «فلزیت» در اخترشناسی، فراوانی عناصر سنگین‌تر از هلیوم است. سن و فلزیت با هم نشانی از خاستگاه یک خوشه به دست می‌دهند.

کهکشانی که نامش را از سه مقاله گرفت

بررسی‌ها نشان داد که در نواحی درونی راه شیری جمعیت سومی از خوشه‌های کروی وجود دارد: خوشه‌هایی که صرف‌نظر از مقدار فلزشان، کهن‌تر از خوشه‌های به‌جامانده از ادغام گایا-سوسیج-انسلادوس‌اند، اما جوان‌تر از خوشه‌هایی که خود راه شیری زاده است.

نتیجه آن که این خوشه‌ها از ادغامی جداگانه و کهن‌تر آمده‌اند؛ ادغامی که در آن راه شیری کهکشانی کوتوله را جذب کرده که جرم ستارگانش نزدیک به ۵۰۰ میلیون برابر جرم خورشید بوده است. این رقم در آن زمان بخش قابل توجهی از جرم کل کهکشان ما به شمار می‌رفت.

پژوهشگران این کهکشان کوتوله را Low-energy-Kraken-Heracles یا به اختصار LKH نامیدند؛ نامی برگرفته از سه مقالهٔ پیشین که هر یک به شکلی از ایدهٔ وجود چنین ادغامی در تاریخ آغازین کهکشان دفاع کرده بودند.

چرا اهمیت دارد

داویده ماساری از رصدخانهٔ اخترفیزیک و علوم فضایی بولونیا در ایتالیا، نویسندهٔ نخست این پژوهش، تصویری ساده از کار به دست می‌دهد: خانهٔ ما راه شیری است، اما نمی‌دانیم این خانه چگونه ساخته شده؛ در این مقاله معلوم می‌شود نخستین دستهٔ مهم آجرها از کجا آمده است.

او می‌افزاید که برخی پژوهش‌های پیشین استدلال کرده بودند مراحل آغازین تکامل کهکشان ما را تنها ستارگانی شکل داده‌اند که در خود آن زاده شده‌اند. این یافته نشان می‌دهد که ستارگان زادهٔ کهکشان‌های بیرونی را نیز باید به حساب آورد.

گروه پژوهشی قصد دارد کار خود را با بررسی خوشه‌های کروی ادامه دهد تا همهٔ ادغام‌های بزرگ راه شیری را در گسترهٔ تاریخ کیهانی شناسایی کند. به گفتهٔ فرناندو آگوادو-آخلت از دانشگاه ویگو و دانشگاه لا لاگونا در اسپانیا، هابل اکنون خوشه‌هایی را رصد می‌کند که پیش از این هرگز بررسی نشده بودند.

منابع

• Hubble Solves Merger Mystery From Milky Way’s Early Years
• Hubble & Gaia solve our galaxy's merger mystery
• Hubble solves merger mystery from Milky Way's early years