سحابی‌های بی‌ستاره: کلید درک ستارگان سنگین‌وزن

ستارگان سنگین‌وزن – که جرم‌شان دست‌کم به ۸ برابر خورشید ما می‌رسد – همیشه بهانه‌ای برای طرح یک سؤال قدیمی بوده‌‌اند:

اینکه به رغم جرم پایین‌تر اکثریت ستارگانی که در کهکشان راه شیری واقع‌اند، چگونه ستارگان سنگین‌وزن اینچنین رشد افسارگسیخته‌ای را از سر گذرانده‌اند؟

برای حل همین معما بود که جمعی از اخترشناسان آمریکایی، انگلیسی، و ایتالیایی، از «آرایه بزرگ میلیمتری/زیرمیلیمتری آتاکاما» (یا به اختصار ALMA) به‌منظور بررسی هسته‌های برخی از تاریک‌ترین، سردترین، و چگال‌ترین ابرهای کهکشان‌‌مان استفاده کردند تا به دنبال ردپایی از زایشگاه‌های ستاره‌ای بگردند. این ابرها که به «ابرهای تیره مادون قرمز» مشهورند، در فاصله‌ی تقریباً ۱۰ هزار سال نوری از ما، و در امتداد صور فلکی دلو و سپر پیدا شدند. از آنجایی هم که هسته‌های‌شان چگال و سنگین است، انتظار می‌رود نیروی درون‌گرای جاذبه، فشار گاز پیرامونی‌شان را تا حد سرسام‌آوری بالا برده، و زمینه‌ را برای تبدیل‌ آنها به ستارگان جوان و خورشیدمانند فراهم کند. حال، اگر ستاره‌ای برای تولد اندکی دیر کرده باشد، احتمالاً اتفاق علی‌حده‌ای در جریان است؛ اتفاقی که می‌تواند کلید درک ساز و کار تشکیل ستارگان سنگین‌وزن باشد.

جاناتان تان، از اخترفیزیکدانان دانشگاه فلوریدا، و نویسنده ارشد گزارشی در همین‌باره که اخیراً در نشریه علمی Astrophysical Journal منتشر شده، در این‌باره می‌گوید: “هسته‌ای که فاقد ستاره باشد، حکایت از این دارد که نیروی [برون‌گرای] دیگری در حال خنثی‌سازی فشار ناشی از گرانش است؛ به‌طوریکه روال ستاره‌سازی را هم تحت‌الشعاع خودش قرار می‌دهد و می‌گذارد انبوهی از مواد پیرامونی‌اش به نحو بزرگ‌مقیاس‌تری از آنچه به تشکیل خورشید خودمان انجامیده، تجمع کنند [و لذا به ستاره‌های سنگین بدل شوند]. این یعنی که ستار‌گان سنگین‌وزن و ستارگان خورشیدمانند، هر دو در جریان فرآیندی واحد و جهان‌شمول ایجاد می‌شود. تنها تفاوت موجود، ابعاد ابر میزبان آنهاست”.

ستاره‌های متوسطی نظیر خورشید، از تجمّعات چگال اما نسبتاً کم‌وزن گازهای هیدروژن، هلیوم، و همچنین مقادیر ناچیزی از سایر عناصر پراکتده در ابرهای غول‌آسای مولکولی متولد می‌شوند. بعد از آنکه هسته اولیه از گاز گرداگردش جدا شد، ماده با فشار ناشی از نیروی جاذبه، به‌نحوی منظم، و از طریق یک قرص برفزایشی – چیزی شبیه یک CD که هسته در حفره مرکزی‌اش واقع شده – شروع به تجمع کرده و ستاره را تشکیل می‌دهد؛ به‌طوریکه قرص برافزایشی هم احتمال دارد عاقبت به منظومه‌ای از سیارات بدل شود. همین‌که به‌قدر کافی جرم این سحابی تجمع یافت، فرآیند همجوشی هسته‌ای هم در هسته کلید می‌خورد و ستاره‌ای جدید متولد می‌شود”.

گرچه فرآیند نامبرده، برای بخش اعظمی از ستارگان کهکشان‌مان مصداق پیدا می‌کند، اما برای توجیه نحوه تشکیل ستارگان سنگین‌وزن، لاجرم بایستی به مؤلفه دیگری متوسل شد. تان در این‌باره می‌گوید: “یک‌جور نیروی اضافی لازم است تا فرآیند معمول رمبش را خنثی کند؛ چراکه در غیراینصورت، توزیع ستارگان کهکشان‌مان نسبتاً یکدست می‌بود … از طرفی هم این گمان می‌رود که احتمالاً به دو مدل برای توجیه نحوه تشکیل ستارگان نیاز باشد: یکی برای ستارگان خورشیدمانند، و یکی برای ستارگان سنگین‌وزن”.

کلید حل چنین معمایی، یافتن نمونه‌‌هسته‌های چگال اما فاقد ستاره است – تا بدین‌وسیله نگاهی به همان اولین مراحل تشکیل یک ستاره سنگین‌وزن بیاندازیم.

از همین‌رو، تیمی از اخترشناسان آمریکایی، انگلیسی، و ایتالیایی، با رادیوتلسکوپ نوتأسیس ALMA دست به بررسی چنین هسته‌هایی زدند تا مگر از طریق تشخیص غلظت ایزوتوپ «دوتریوم» (یعنی اتم هیدروژنی که یک نوترون هم دارد)، دمای این ابرها را سنجیده، و معلوم کنند آیا هنوز ستاره‌ای در این ابرها تشکیل شده یا نه. اهمیت دوتریوم، از تمایل شیمیایی‌اش به برقراری پیوندهای مولکولی با برخی مولکول‌های پراکنده در یک محیط سرد ریشه می‌گیرد. همین‌که ستاره‌ها متولد شدند و گاز پیرامونی‌شان را گداختند، دوتریوم هم فوراً از دست می‌رود و جایش را ایزوتوپ متداول‌تر عنصر هیدروژن می‌گیرد.

مشاهدات ALMA حکایت از مقادیر قابل توجهی دوتریوم می‌کرد، و این نشان می‌داد که ابر مربوطه، هنوز ابری سرد و بی‌ستاره است. یافته‌ها رویهمرفته حکایت از این می‌کرد که نوعی نیروی معکوس، مانع از فروریزش هسته می‌شود و برای تشکیل یک ستاره هرچه‌سنگین‌تر، همچنان زمان می‌خرد. به گمان دانشمندان، میدان‌های مغناطیسی قدرتمندی احتمالاً ابر را تقویت کرده‌اند و مانع از فروریزش ناگهانی‌اش شده‌اند.

به‌گفته تان، “مشاهدات جدید ALMA اجرامی را نمایان ساخته که عیناً شبیه شیرخوارگاه ستارگان خورشیدمانند هستند؛ فقط ده‌ها یا صدها هزار برابر بزرگ‌تر. شاید این بدین‌معنا باشد که وقتی که صحبت از ابعاد ستارگان باشد، غریزه در جایگاهی بالاتر از اکتساب جای می‌گیرد”. این مشاهدات، جزو عملیات علمی مقدماتی رادیوتلسکوپ ALMA محسوب می‌شوند؛ و مطالعات آتی ALMA – وقتی که هر ۶۶ آنتن‌اش آغاز به کار کنند – جزئیات بیشتری از این نواحی ستاره‌سازی را آشکار خواهند کرد.  

منبع: Science Daily