حلقه پنهان که راز مرکز کهکشان راه شیری را گشود

اگر به نقشه رادیویی کهکشان ما نگاه کنید، شاید قسم بخورید چیزی را می‌بینید که از آشوب مرکزی آن فوران کرده است: ساختاری بلند و قوسی‌شکل، مثل ابرویی کیهانی بر فراز قلب راه شیری. چهل سال بود که همین ابرو اخترشناسان را به بحث، حدس و انتشار روایت‌های رقیب درباره منشأ آن واداشته بود. بقایای ابرنواختر؟ طغیان سیاه‌چاله؟ یادگاری از جوانی خشن کهکشان؟ حقیقت آرام‌تر از اینها بود و بسیار نزدیک‌تر.

کاترین کرکل، اخترفیزیک‌دان دانشگاه هایدلبرگ، همراه با تیمش معمای دیرینه چیزی را که «لوب مرکز کهکشانی» نامیده می‌شد، گشودند. مقاله آنها که در نشریه اخترشناسی و اخترفیزیک منتشر شده، نشان می‌دهد این عارضه مشهور رادیویی نه در مرکز کهکشان قرار دارد و نه شبیه یک لوب کلاسیک است. در واقع، این ساختار یک حلقه بسته در پیش‌زمینه است: حبابی در فاصله تقریبی ۶۵۲۰ سال نوری از زمین. به این ترتیب، جرمی که زمانی یادمانی عظیم در مقیاس کهکشانی تصور می‌شد، ناگهان به ساختاری محلی و فروتنانه‌تر با پهنای حدود ۱۱۵ سال نوری تبدیل شد.

مرکز کهکشان در نور مرئی و امواج رادیویی. 

چطور چیزی که در تصاویر رادیویی تا این اندازه مشخص به نظر می‌رسید، این‌قدر گمراه‌کننده شد؟ پاسخ در فرافکنی، غبار و مسیرهای دید شلوغ نهفته است. وقتی به سوی مرکز کهکشانی نگاه می‌کنید، در واقع از متراکم‌ترین بخش راه شیری می‌نگرید: ستارگان، ابرهای مولکولی و لایه‌های گیج‌کننده تابش که همگی در امتداد یک خط دید روی هم افتاده‌اند. در نقشه‌های رادیویی، لبه پایینی حباب با تابش صفحه کهکشانی درهم می‌آمیزد و یک حلقه بسته را شبیه لوبی می‌کند که به بیرون کشیده شده است. زاویه دید ما یک خطای دید کیهانی ساخته بود.

پیشرفت اصلی زمانی رخ داد که شیوه بررسی این جرم تغییر کرد. تیم کرکل از داده‌های نقشه‌بردار حجم محلی اس‌دی‌اس‌اس-وی استفاده کرد؛ ابزاری که گاز درخشان را در طول‌موج‌های نوری و فروسرخ نزدیک نقشه‌برداری می‌کند. یک ردیاب در این میان تعیین‌کننده بود: گوگرد یونیده. خطوط گوگرد که در بخش سرخ طیف تابش می‌کنند، از غبار بهتر از تابش‌های آبی‌تر عبور می‌کنند. جایی که داده‌های رادیویی ابهام بر جای گذاشته بودند، درخشش گوگرد ساختار را آشکار کرد. بخش‌هایی که در نور رادیویی غایب به نظر می‌رسیدند، نمایان شدند و پیوستگی حلقه را نشان دادند؛ همچنین کمک کردند مقدار غبار میان‌ستاره‌ای میان ما و حباب دقیق‌تر تعیین شود.

نقشه تابش گوگرد یونیده. 

فاصله اهمیت زیادی دارد. اگر این حلقه در مرکز کهکشان قرار داشت، یعنی در فاصله حدود ۲۶ هزار سال نوری، اندازه و بودجه انرژی آن از منشأیی فاجعه‌بار خبر می‌داد؛ شاید مرتبط با فعالیت‌های گذشته سیاه‌چاله کلان‌جرم مرکزی. اما در فاصله ۶۵۲۰ سال نوری، نیاز انرژی به‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد. کرکل و همکارانش نشان دادند میزان سرخ‌شدگی اثرگذار بر تابش گوگرد با نقشه‌های سه‌بعدی غبار سازگار است؛ نقشه‌هایی که این ساختار را به‌روشنی در پیش‌زمینه جای می‌دهند. به تعبیر آنها، لوب مرکز کهکشانی به «حلقه بسیار اشتباه‌گرفته‌شده» تبدیل می‌شود.

پس چه چیزی این حباب را تراشیده است؟ تیم پژوهشی همانندی‌های قانع‌کننده‌ای میان آن و ساختارهایی مانند حلقه بارنارد در شکارچی یافته است. زایشگاه‌های بزرگ ستاره‌ای جمعیت‌هایی از ستارگان پرجرم پدید می‌آورند که عمر کوتاهی دارند و با خشونت می‌میرند. بادهای ستاره‌ای و ابرنواخترهای آنها حفره‌هایی را در گاز و غبار پیرامون خالی می‌کند و جبهه‌های ضربه‌ای می‌سازد که ماده مجاور را فشرده کرده و جرقه شکل‌گیری ستاره‌های تازه را می‌زند. سپس پرتو فرابنفش شدید ستارگان داغ و جوان، پوسته گازی را یونیده می‌کند و باعث می‌شود لبه حباب آن‌قدر درخشان شود که خود را در آسمان ترسیم کند: حلقه‌ای روی آسمان، اما در واقع لبه یک حباب سه‌بعدی.

درون این حلقه که اکنون مکان آن مشخص‌تر شده، گاز هیدروژن زیر تابش شدید فرابنفش می‌درخشد. امضای ویژه گوگرد یونیده به نویسندگان کمک کرد هم وضعیت یونش و هم میزان خاموشی نور در امتداد خط دید را برآورد کنند. آنها هنوز ستارگان دقیق مسئول این پدیده را شناسایی نکرده‌اند، اما شواهد به نسل پیشین ستارگان پرجرم در همان منطقه اشاره دارد؛ ستارگانی که زاده شدند، تند و کوتاه زیستند و به احتمال زیاد منفجر شدند و پوسته‌ای تراشیده و درخشان از خود به جا گذاشتند.

تصاویری که هیدروژن-آلفا و گوگرد یونیده را نشان می‌دهند.

مقایسه اندازه‌ها تصویر را روشن‌تر می‌کند. این حلقه با پهنای حدود ۱۱۵ سال نوری، از حلقه بارنارد کوچک‌تر است، اما از نظر مقیاس و ریخت‌شناسی آن‌قدر به آن نزدیک است که سازوکاری مشترک را برای شکل‌گیری پیشنهاد کند: خوشه‌هایی از ستارگان پرجرم، بادهای ستاره‌ای و ابرنواخترها، و سپس یونش پوسته خالی‌شده. این عارضه در امواج رادیویی برجسته است، درست؛ اما نگاه نوری و فروسرخ سرانجام قطعات گمشده پازل را فراهم کرد.

این یک تردستی ظریف اخترفیزیکی است. راه شیری معماری خودش را با لایه‌هایی از تابش و جذب پنهان می‌کند. حتی در نواحی به‌خوبی مطالعه‌شده، ساختارهای پیش‌زمینه و پس‌زمینه می‌توانند خود را جای یکدیگر جا بزنند. چیزی که شبیه لوبی عظیم و متصل به هسته کهکشان به نظر می‌رسید، اکنون به‌عنوان حبابی در پیش‌زمینه خوانده می‌شود؛ یادآوری مهمی که در اخترشناسی، زاویه دید فرمانروایی می‌کند. ما فقط فضا را نقشه‌برداری نمی‌کنیم، بلکه جایگاه خودمان را درون آن نیز می‌سنجیم.

هنوز کارهای بیشتری باقی مانده است. باید ستارگانی که این حباب را روشن کرده‌اند شناسایی شوند، حرکت‌شناسی آن مدل‌سازی شود و با حلقه‌های مشابه در سراسر راه شیری مقایسه گردد. هر گام لایه‌ای از تاریخ کهکشان را کنار می‌زند و نشان می‌دهد ترکیب ردیاب‌های طیفی با نقشه‌های سه‌بعدی مدرن غبار چگونه می‌تواند یک معمای قدیمی را به داستانی محلی و ارزشمند برای پیگیری تبدیل کند.