تولد یک پروانه کیهانی در پیله‌ای غبارآلود

سحابی‌های پروانه‌‌گون، انواع چشم‌نوازی از سحابی‌های به‌اصطلاح «سیاره‌نما» هستند که می‌بایستی از مرگ ستارگانی در بازه جرمی هشت‌دهم تا هشت برابر جرم خورشید ایجاد شده باشند. اما مکانیسم دقیق شکل‌گیری‌ این‌گونه سحابی‌ها تاکنون در هاله‌ای از ابهام بوده و هست.

این سحابی‌های متمرکز از آنجایی ذیل عنوان عمومی «سیاره‌نما» (planetary) شناخته می‌شوند که از پشت تلسکوپ‌هایی با توان تفکیک نه‌چندان مطلوب، هیأت قرص یک سیاره را به خود می‌گیرند – و این نام هم در واقع برگرفته از عنوانی‌ست که اخترشناس سرشناس انگلیسی قرن هجدهم، ویلیام هرشل، به پشتوانه مشاهدات مبنی بر دقیق‌ترین ابزارآلات رصدی وقت خود، آن را انتخاب کرده بود.

حال، اپتیک استثنایی مجموعه‌تلسکوپ‌های VLT، مستقر بر کوه پارانال شیلی، موفق شده تا یک سحابی پروانه‌ای را در بزنگاه پیدایش‌اش شکار کند.

ستارگانی با جرم کمتر از هشت برابر جرم خورشید (و از جمله خورشید ما)، مرگ چندان باشکوه و چشم‌گیری را تجربه نمی‌کنند – آن‌چنان که مثل انفجارهای ابرنواختری ناشی از مرگ ستارگان سنگین‌وزن، روزهای متوالی را در نوری به‌شدت کل ستارگان کهکشان میزبان‌شان بدرخشند.

اما در عوض، آنچه از پی مرگ این ستارگان سبک‌وزن حاصل می‌شود، شکوه بس ماندگارتری نسبت به انفجارهای ابرنواختری دارد. این بقایا در واقع برون‌داد گام‌به‌گام لایه‌هایی از جو این ستارگان هستند که رفته‌رفته از اثر گرمای حاصل از آغاز فرآیند موسوم به «هلیوم‌سوزی» در هسته، زیر بمبارانی از امواج فرابنفش، از میدان جاذبه ستاره می‌گریزند و به فضای پیرامون آن پخش می‌شوند.

 اما الگوی توزیع گاز خروجی از این ستاره‌ محتضر همواره یکسان نیست. برخی سحابی‌های سیاره‌نما نظیر سحابی جغد، تقارن شگفت‌انگیزی را به نمایش می‌گذارند، و برخی نظیر سحابی هلیکس، حالتی بیضوی دارند. اما بخش اعظم این سحابی‌ها اشکال منحصربه‌فرد و سخت‌فهمی دارند، مثل سحابی ساعت‌شنی، یا سحابی مورچه. توضیح این اشکال پیچیده، از مسائل کلاسیک علم اخترفیزیک به شمار می‌رود.

 

حال، چشم‌اندازی که ابزار تازه‌ساز SPHERE، مستقر بر مجموعه‌تلسکوپ‌های غول‌آسای VLT، از ستاره‌ای موسوم به «L2-کَشتی‌دُم» در فاصله ۲۰۰ سال نوری در اختیارمان قرار داده، سرنخی شده تا ستاره‌شناسان در این پرتو به ارزیابی دو فرضیه مطرح در این‌باره بپردازند. این ستاره، یک غول سرخ تپنده است که درخشندگی‌اش ظرف مدت تقریباً ۱۴۰ روز، از حداکثر شدت‌ آن، تا حدود ۴۰ برابر کمتر کاهش می‌یابد و سپس روند معکوسی را به همین‌منوال و در زنجیره‌ای تکراری پی می‌گیرد.

فناوری‌های به‌کاررفته در تأسیسات VLT – از جمله فناوری «اپتیک سازگار»  و قطبش‌سنج فوق‌دقیق ZIMPOL – امکان‌هایی را در اختیار VLT قرار داده تا به دقیق‌ترین ابزار تصویربرداری جهان اخترشناسی – حتی دقیق‌تر از تلسکوپ فضایی هابل – بدل شود.

این قابلیت‌ها به VLT امکان داد تا عوارض نه‌چندان درخشان پیرامون ستاره L2-کشتی‌دم را با دقتی مثال‌زدنی آشکار سازد و هیأت پروانه‌گون گازهای پیرامون این ستاره را به نمایش بگذارد. این تصاویر، حکایت از وجود قرصی از جنس غبار در اطراف این ستاره می‌کنند که تا فاصله‌ای در حدود ۹۰۰ میلیون کیلومتر از ستاره بسط یافته، و چونان شکاف یک همبرگر، هاله گاز پیرامون ستاره را از دید ما به دو نیم قسمت می‌کند. اما کشف چه بسا مهم‌تر اخترشناسان، وجود یک ستاره همدم در فاصله ۳۰۰ میلیون کیلومتری از L2-کشتی‌دم بود؛ ستاره‌ای که در اکثر مدل‌سازی‌های صورت‌پذیرفته به‌منظور تبیین شکل سحابی‌های پروانه‌گون، نیاز به وجودش حس می‌شد.

تاکنون دو فرضیه راجع به نحوه شکل‌گیری سحابی‌های پروانه‌گون مطرح شده است: فرضیه اول تصریح می‌کند که ابتدا غبار حاصل از سنتز فلزات* سنگین در ستاره مرکزی، به‌واسطه جرم نسبتاً بیشترشان از سایر گازهای جوی (و لذا تکانه زاویه‌ای بیشتر)، رفته‌رفته در قرصی پیرامون ستاره «ته‌شنین» می‌شوند. این قرص، عاقبت همچون مانعی در مسیر سایر گازهای خروجی از ستاره عمل می‌کند و وامی‌داردشان تا در مسیرهایی مشخص و عمود بر محور چرخش ستاره، به بیرون هدایت شوند و رفته‌رفته شکل دو بال پروانه را به سحابی نهایی بدهند.

فرضیه دوم، به جای فرض بر وجود «یک مانع»، احتمال وجود تنها «دو مسیر ممکن» را برای گاز خروجی از ستاره محتضر مدنظر می‌گیرد: در این فرضیه، وجود یک ستاره همدم ضروری ‌است، تا با مکش گاز از ستاره اصلی، یک قرص برافزایشی را پیرامون خودش شکل دهد. از آنجاکه نیروی اصطکاک ماده حین ورود به قرص‌های برافزایشی بعضاً برآیند نیروی جنبشی منظومه را به حدی افزایش می‌دهد که بر نیروی گرانش ستاره همدم غلبه می‌کند، امکان دارد که ماده از دو سطح (زبرین و زیرین) قرص برافزایشی به بیرون فوران کند. این فوران، به «حفر» دو راه عمودبرهم در سحابی پیرامون ستاره محتضر خواهد انجامید که رفته‌رفته برون‌داد بعدی این ستاره را تحت هدایت خود درخواهد آورد.

مورد ستاره L2-کشتی‌دم حکایت از این دارد که دست‌کم در این ستاره، هر دوی این فرضیات حقیقت دارند؛ چراکه این ستاره نه فقط واجد یک قرص غباری، بلکه واجد یک ستاره همدم نیز هست، و در عین حال از هم‌اینک شکل یک سحابی پروانه‌گون را به خود گرفته است.

گذشته از این موقعیت کم‌نظیر (که به اخترشناسان امکان می‌دهد تا سهم هرکدام از مؤلفه‌ها را در روند شکل‌گیری سحابی نهایی مشخص کنند)، این منظومه نسبتاً نزدیک فرصت کم‌‌نظیری را در اختیار اخترشناسان قرار داده تا بتوان اساساً روند شکل‌گیری یک سحابی پروانه‌گون (که به یکی از مسائل کلاسیک اخترفیزیک شکل داده بوده) را به‌دقت زیر نظر گرفت.

 پانویس:

* در علم اخترفیزیک، به هر عنصر سنگین‌تر از هیدروژن اصطلاح «فلز» اطلاق می‌شود.