ستارگان بزرگ و سنگین - آن هایی که دستکم ۸ برابر خورشید جرم دارند- یک راز بزرگ را در خود نهفته اند: چنین ستارگانی چگونه تا این حد بزرگ می شوند، در حالی که بیشتر ستارگان کهکشان راه شیری به اندازه ی چشمگیری کوچک ترند؟
برای یافتن پاسخ این پرسش، اخترشناسان به کمک تلسکوپ آرایه‌ی بزرگ میلیمتری/زیرمیلیمتری آتاکاما (آلما، ALMA) به بررسی و نقشه برداری هسته های برخی از تاریک ترین، سردترین، و چگال‌ترین ابرهای کهکشان راه شیری پرداختند تا نشانه های ستاره‌زایی را در آن ها بیابند.
این اجرام که از گونه ی "ابرهای تاریک فروسرخ" (IRDC) بودند، در صورت های فلکی عقاب و سپر جای داشته و حدود ۱۰ هزار سال نوری از زمین دور بودند.
از آنجایی که این ابرها بسیار پرجرم و چگالند، نیروی گرانش می‌بایست بر فشار گاز درونشان - که نیرویی رو به بیرون و مایه‌ی پایداری آن ها در برابر رمبش است- چیره شده و باعث شده باشد تا برُمبند و ستارگانی تازه با جرم هایی برابر با جرم خورشید بسازند. اگر هنوز ستاره ای درون آن ها آغاز به درخشیدن نکرده، می تواند نشانه ای باشد از این که چیز دیگری جلوی فروریزش ابر را گرفته و از آن در برابر رمبش پشتیبانی می کند.
جاناتان تن، یک اخترفیزیکدان در دانشگاه گینزویل فلوریدا، و نویسنده ی اصلی مقاله ای درین باره که در نشریه ی آستروفیزیکال جورنال منتشر شد می گوید: «یک هسته ی بی ستاره نشان دهنده ی وجود نیروییست که باعث نگهداری تعادل ابر و جلوگیری از رمبش آن در اثر گرانش می شود، ستاره زایی را سامان مند (تنظیم) می کند، و باعث می شود مقدار فراوانی ماده به همان گونه ی شکل گیری خورشید خودمان ولی در یک مقیاس بزرگ تر گرد آید و توده شود. این نشان می دهد که ستارگان پرجرم و ستارگان خورشیدسان برای ستاره زایی از یک سازوکار جهانی پیروی می کنند. تنها تفاوت در اندازه ی ابرهای مادری و زاینده ی آن هاست.»
(این تصویر از آلما (ALMA) دو هسته ی اصلی را نشان می دهد که با ردگیری تابش یون مولکول N2D+ (دو اتم نیتروژن و یک اتم دوتریوم) ثبت شده. هسته‌ی سمت راست درخشانتر و گِرد است که نشان می‌دهد دارد در خود می‌رمبد و یک تک ستاره‌ی بزرگ را خواهد ساخت: پدیده‌ای بسیار کمیاب در ستاره‌زایی. هسته‌ی دیگر به هم ریخته‌تر است و می‌تواند به شکل‌گیری چند ستاره‌ی کم جرم‌تر بیانجامد. این تکه‌تکه شدن روندی طبیعی در ابرهای ستاره زاست.)
ستارگان میان-اندازه مانند خورشید، زندگیشان را به گونه ی توده های چگال، ولی به نسبت کم-جرمی از هیدروژن، هلیوم، و عناصر کمیاب (trace element) درون ابرهای مولکولی بزرگ می آغازند. پس از پدیدار شدن هسته ی اصلی از درون گاز پیرامون، مواد زیر فشار گرانش و طی روندی نسبتا منظم، در یک قرص برافزایشی چرخان رو به سوی بخش مرکزی ابر می رمبند. این قرص برافزایشی جاییست که سرانجام سیاره ها در آن شکل خواهند گرفت. پس از آن که به اندازه ی کافی جرم گرد آمد و توده شد، همجوشی هسته ای درون هسته آغاز می شود و یک ستاره به دنیا می آید.
این روند ستاره زایی برای بیشتر ستارگان راه شیری صدق می کند، ولی برای توضیح روند زایش ستارگان بزرگ، نیاز به چیز دیگری هم داریم. تن می گوید: «گونه ای نیروی افزوده برای بر هم زدن تعادل فرآیند معمولی رمبش نیاز است؛ نیرویی که اگر نبود، جمعیت ستارگان کهکشان راه شیری، جمعیتی تقریبا یکدست و یکنواخت می شد. گمان دیگر اینست که اصلا ستاره زایی به دو روش جداگانه انجام می شود: یک روش برای ستارگان خورشیدسان و یکی هم برای این ستارگان بزرگ.»
کلید پاسخ این پرسش، یافتن نمونه هایی از هسته های بزرگ و بی ستاره است-- تا بدین وسیله بتوانیم تولد ستارگان بزرگ را در آغازین ترین لحظه ببینیم.
گروه اخترشناسان آمریکایی، بریتانیایی و ایتالیایی با بهره از آلما به درون این هسته ها نگاه کردند تا نشانه ی شیمیایی یگانه ای که ایزوتوپ دوتریوم را در خود داشته باشد در آن ها بیابند و به کمک آن، دمای پایه ی این ابرها را اندازه بگیرند و ببینند آیا ستاره ای در آن ها پدید آمده یا نه. اهمیت دوتریوم در آنست که این عنصر در شرایط سرد، تمایل دارد به مولکول‌هایی ویژه بپیوندد. همین که ستاره پدید آمد و به اصطلاح "روشن شد" و گاز پیرامون را گرم کرد، دوتریوم هم به سرعت از پیوند بیرون رفته و جای خود را به ایزوتوپ معمول ترِ هیدروژن خواهد داد.
مشاهدات آلما به شناسایی مقدار فراوانی دوتریوم انجامید که نشان دهنده ی ابری سرد و بی ستاره بود. این نشان می داد که نیرویی مخالف دارد جلوی فروریزش و رمبش هسته را می گیرد و در نتیجه برای شکل گیری یک ستاره ی بزرگ و پرجرم "زمان کافی می خرد". پژوهشگران بر این گمانند که شاید میدان های مغناطیسی نیرومندی ابر را سرپا نگهداشته و مانع رمبش سریع آن می شوند.
تن در پایان نتیجه می گیرد: «این مشاهدات تازه ی آلما اجرامی را آشکار می کند که کاملا همانند زایشگاه های ستارگان خورشیدسان هستند ولی به سادگی، در اندازه هایی ده ها و صدها بار بزرگ تر. این می تواند بدان معنا باشد که وقتی پای تعیین اندازه ی یک ستاره به میان می آید، طبیعت و سرشت ستاره مهم تر از پرورش آن خواهد بود.»
با راه افتادن آرایه ی کامل ۶۶ آنتنی آلما در آینده، جزییات بیشتری درباره ی این گونه مناطق ستاره زایی آشکار خواهد شد.
برای یافتن پاسخ این پرسش، اخترشناسان به کمک تلسکوپ آرایه‌ی بزرگ میلیمتری/زیرمیلیمتری آتاکاما (آلما، ALMA) به بررسی و نقشه برداری هسته های برخی از تاریک ترین، سردترین، و چگال‌ترین ابرهای کهکشان راه شیری پرداختند تا نشانه های ستاره‌زایی را در آن ها بیابند.
این اجرام که از گونه ی "ابرهای تاریک فروسرخ" (IRDC) بودند، در صورت های فلکی عقاب و سپر جای داشته و حدود ۱۰ هزار سال نوری از زمین دور بودند.
از آنجایی که این ابرها بسیار پرجرم و چگالند، نیروی گرانش می‌بایست بر فشار گاز درونشان - که نیرویی رو به بیرون و مایه‌ی پایداری آن ها در برابر رمبش است- چیره شده و باعث شده باشد تا برُمبند و ستارگانی تازه با جرم هایی برابر با جرم خورشید بسازند. اگر هنوز ستاره ای درون آن ها آغاز به درخشیدن نکرده، می تواند نشانه ای باشد از این که چیز دیگری جلوی فروریزش ابر را گرفته و از آن در برابر رمبش پشتیبانی می کند.
جاناتان تن، یک اخترفیزیکدان در دانشگاه گینزویل فلوریدا، و نویسنده ی اصلی مقاله ای درین باره که در نشریه ی آستروفیزیکال جورنال منتشر شد می گوید: «یک هسته ی بی ستاره نشان دهنده ی وجود نیروییست که باعث نگهداری تعادل ابر و جلوگیری از رمبش آن در اثر گرانش می شود، ستاره زایی را سامان مند (تنظیم) می کند، و باعث می شود مقدار فراوانی ماده به همان گونه ی شکل گیری خورشید خودمان ولی در یک مقیاس بزرگ تر گرد آید و توده شود. این نشان می دهد که ستارگان پرجرم و ستارگان خورشیدسان برای ستاره زایی از یک سازوکار جهانی پیروی می کنند. تنها تفاوت در اندازه ی ابرهای مادری و زاینده ی آن هاست.»
(این تصویر از آلما (ALMA) دو هسته ی اصلی را نشان می دهد که با ردگیری تابش یون مولکول N2D+ (دو اتم نیتروژن و یک اتم دوتریوم) ثبت شده. هسته‌ی سمت راست درخشانتر و گِرد است که نشان می‌دهد دارد در خود می‌رمبد و یک تک ستاره‌ی بزرگ را خواهد ساخت: پدیده‌ای بسیار کمیاب در ستاره‌زایی. هسته‌ی دیگر به هم ریخته‌تر است و می‌تواند به شکل‌گیری چند ستاره‌ی کم جرم‌تر بیانجامد. این تکه‌تکه شدن روندی طبیعی در ابرهای ستاره زاست.)
ستارگان میان-اندازه مانند خورشید، زندگیشان را به گونه ی توده های چگال، ولی به نسبت کم-جرمی از هیدروژن، هلیوم، و عناصر کمیاب (trace element) درون ابرهای مولکولی بزرگ می آغازند. پس از پدیدار شدن هسته ی اصلی از درون گاز پیرامون، مواد زیر فشار گرانش و طی روندی نسبتا منظم، در یک قرص برافزایشی چرخان رو به سوی بخش مرکزی ابر می رمبند. این قرص برافزایشی جاییست که سرانجام سیاره ها در آن شکل خواهند گرفت. پس از آن که به اندازه ی کافی جرم گرد آمد و توده شد، همجوشی هسته ای درون هسته آغاز می شود و یک ستاره به دنیا می آید.
این روند ستاره زایی برای بیشتر ستارگان راه شیری صدق می کند، ولی برای توضیح روند زایش ستارگان بزرگ، نیاز به چیز دیگری هم داریم. تن می گوید: «گونه ای نیروی افزوده برای بر هم زدن تعادل فرآیند معمولی رمبش نیاز است؛ نیرویی که اگر نبود، جمعیت ستارگان کهکشان راه شیری، جمعیتی تقریبا یکدست و یکنواخت می شد. گمان دیگر اینست که اصلا ستاره زایی به دو روش جداگانه انجام می شود: یک روش برای ستارگان خورشیدسان و یکی هم برای این ستارگان بزرگ.»
کلید پاسخ این پرسش، یافتن نمونه هایی از هسته های بزرگ و بی ستاره است-- تا بدین وسیله بتوانیم تولد ستارگان بزرگ را در آغازین ترین لحظه ببینیم.
گروه اخترشناسان آمریکایی، بریتانیایی و ایتالیایی با بهره از آلما به درون این هسته ها نگاه کردند تا نشانه ی شیمیایی یگانه ای که ایزوتوپ دوتریوم را در خود داشته باشد در آن ها بیابند و به کمک آن، دمای پایه ی این ابرها را اندازه بگیرند و ببینند آیا ستاره ای در آن ها پدید آمده یا نه. اهمیت دوتریوم در آنست که این عنصر در شرایط سرد، تمایل دارد به مولکول‌هایی ویژه بپیوندد. همین که ستاره پدید آمد و به اصطلاح "روشن شد" و گاز پیرامون را گرم کرد، دوتریوم هم به سرعت از پیوند بیرون رفته و جای خود را به ایزوتوپ معمول ترِ هیدروژن خواهد داد.
مشاهدات آلما به شناسایی مقدار فراوانی دوتریوم انجامید که نشان دهنده ی ابری سرد و بی ستاره بود. این نشان می داد که نیرویی مخالف دارد جلوی فروریزش و رمبش هسته را می گیرد و در نتیجه برای شکل گیری یک ستاره ی بزرگ و پرجرم "زمان کافی می خرد". پژوهشگران بر این گمانند که شاید میدان های مغناطیسی نیرومندی ابر را سرپا نگهداشته و مانع رمبش سریع آن می شوند.
تن در پایان نتیجه می گیرد: «این مشاهدات تازه ی آلما اجرامی را آشکار می کند که کاملا همانند زایشگاه های ستارگان خورشیدسان هستند ولی به سادگی، در اندازه هایی ده ها و صدها بار بزرگ تر. این می تواند بدان معنا باشد که وقتی پای تعیین اندازه ی یک ستاره به میان می آید، طبیعت و سرشت ستاره مهم تر از پرورش آن خواهد بود.»
با راه افتادن آرایه ی کامل ۶۶ آنتنی آلما در آینده، جزییات بیشتری درباره ی این گونه مناطق ستاره زایی آشکار خواهد شد.
آخرین ویرایش توسط مدیر: