راز ستاره ای که کنار سیاه چاله راه شیری آب می پراکند

این یک محوشدن آرام در تاریکی نیست. در نزدیکی سیاه‌چاله مرکزی راه شیری، ستاره‌ای بالغ به نام آی‌آر‌اس ۳ گاز و غبار را با سرعتی از خود بیرون می‌ریزد که اخترشناسان را شگفت‌زده کرده است. این ستاره، پوششی عظیم از مواد را در محیطی گسترش می‌دهد که زمانی آن‌قدر خشن تصور می‌شد که مولکول‌ها در آن دوام نمی‌آورند.

وب چگونه تصویر را تغییر داد

این صحنه به لطف تلسکوپ فضایی جیمز وب و ابزار فروسرخ میانی آن، میری، با وضوح بیشتری دیده می‌شود. وب با استفاده از طول موج‌های فروسرخ میانی، تابش گرمایی غبار و اثر انگشت طیفی مولکول‌ها را آشکار می‌کند و به اخترشناسان اجازه می‌دهد هم اندازه و هم شیمی پوشش اطراف آی‌آر‌اس ۳ را نقشه‌برداری کنند. گروهی که این رصدها را هدایت کرده، به سرپرستی دکتر فلوریان پایسکر از دانشگاه کلن فعالیت می‌کند و نتایج آن‌ها در مجله اخترشناسی و اخترفیزیک منتشر شده است.

آی‌آر‌اس ۳ در فاصله‌ای حدود ۰.۶ سال نوری از کمان ای* قرار دارد که برابر با حدود ۴۲ هزار واحد نجومی است. برای درک مقیاس، وویجر ۱، دورترین کاوشگر ساخت بشر، با سرعت کنونی خود حدود ۱۰ هزار سال زمان نیاز دارد تا این فاصله را بپیماید. در مقیاس کهکشانی، آی‌آر‌اس ۳ به شکل غیرمعمولی به سیاه‌چاله ابرپرجرم نزدیک است.

ستاره‌ای در مرحله باد ابرنیرومند

رصدهای تازه، برداشت‌های قبلی درباره آی‌آر‌اس ۳ را بازنگری می‌کنند. پیش‌تر این جرم آسمانی معماگونه بود، اما اکنون داده‌های میری به مرحله‌ای اشاره دارند که در میان اخترشناسان با عنوان باد ابرنیرومند شناخته می‌شود. این اصطلاح به مرحله‌ای دیرهنگام در زندگی یک ستاره پرجرم گفته می‌شود که در آن فشار تابشی و فرایندهای درونی، مقدار بسیار زیادی جرم را از ستاره بیرون می‌رانند. برای آی‌آر‌اس ۳ این کاهش جرم چشمگیر است: تقریبا هر ۱۸ روز، جرمی به اندازه زمین به فضا پرتاب می‌شود و پیوسته پوششی را باد می‌کند که تا حدود ۱۰ هزار واحد نجومی از ستاره امتداد دارد.

این نرخ از دست دادن جرم، هم‌زمان دو موضوع را توضیح می‌دهد: چرا این پوشش تا این اندازه بزرگ است و چرا با وجود محیط آشفته نزدیک مرکز کهکشان همچنان چگال باقی مانده است. توده‌های فشرده غبار و گاز می‌توانند در برابر تابش و شوک‌ها بسیار طولانی‌تر از یک پوسته پراکنده دوام بیاورند.

مرکز کهکشان ما و پیرامون سیاه‌چاله ابرپرجرم کمان ای*.

آب در جایی که انتظارش را ندارید

حتی شگفت‌انگیزتر، فهرست شیمیایی درون آن پوشش است. وب نشانه‌هایی سازگار با وجود آب را شناسایی کرده است. مرکز کهکشان زیر هجوم فوتون‌های پرانرژی، بادهای ستاره‌ای و فعالیت‌های گذشته کمان ای* قرار دارد؛ عواملی که از نظر نظری باید مولکول‌های شکننده را نابود کنند. با این حال، به نظر می‌رسد آب درون پیله آی‌آر‌اس ۳ زنده مانده است.

چرا این موضوع اهمیت دارد؟ زیرا نشان می‌دهد ستاره‌های نزدیک به یک سیاه‌چاله ابرپرجرم می‌توانند مواد مولکولی را به محیط پیرامون خود تزریق کنند. این مولکول‌ها شامل گونه‌هایی هستند که با شیمی آلی ارتباط دارند و بقای آن‌ها فرضیه‌های رایج درباره پاک‌سازی محیط میان‌ستاره‌ای در شرایط بسیار افراطی را به چالش می‌کشد. این یافته از وجود شیمی پیچیده‌تر و مقاوم‌تر در پارسک مرکزی کهکشان ما خبر می‌دهد، بیش از آنچه مدل‌ها پیش‌تر پیشنهاد کرده بودند.

عددهایی که توجه را جلب می‌کنند

• فاصله از کمان ای*: حدود ۰.۶ سال نوری، معادل ۴۲ هزار واحد نجومی
• گستره پوشش: تقریبا ۱۰ هزار واحد نجومی
• نرخ از دست دادن جرم: حدود یک جرم زمین در هر ۱۸ روز
• ابزار: میری در تلسکوپ فضایی جیمز وب، در محدوده فروسرخ میانی

مقیاس و سرعت کاهش جرم آی‌آر‌اس ۳ پرسش‌هایی درباره منبع و سرنوشت این مواد ایجاد می‌کند. آیا بخشی از این ماده قرار است به سمت درون حرکت کند و خوراک سیاه‌چاله شود؟ آیا با گازهای دیگر در ناحیه مولکولی مرکزی مخلوط می‌شود یا توده‌های تازه و سردی می‌سازد که هزاران سال دوام می‌آورند؟ رصدها هنوز نمی‌توانند به همه جنبه‌ها پاسخ دهند، اما مجموعه تازه‌ای از محدودیت‌ها را برای مدل‌های نظری فراهم می‌کنند.

گام بعدی: ابزارها و پیامدها

پژوهشگران دانشگاه کلن، از جمله گروه‌هایی به سرپرستی پروفسور دکتر لوکاس لابادی، هم‌اکنون در حال آماده‌سازی مطالعات پیگیری با تأسیسات زمینی نسل آینده هستند. تلسکوپ بسیار بزرگ، مجهز به ابزار فروسرخ میانی متیس، باید بتواند ساختارهای ظریف‌تری را درون پوشش آی‌آر‌اس ۳ تفکیک کند و دما و ترکیب غبار و گاز آن را با جزئیات بیشتری بررسی کند.

وضوح فضایی بهتر کمک می‌کند مشخص شود که آیا جریان خروجی در همه جهت‌ها یکسان است، بر اثر برهم‌کنش دوتایی شکل گرفته یا نیروهای کشندی شدید مرکز کهکشان آن را تراشیده‌اند. هر سناریو پیامدهای متفاوتی برای چگونگی گردش ماده در نزدیکی کمان ای* و چرخه زندگی غبار و مولکول‌ها در این ناحیه دارد.

دیدگاه کارشناس

«آی‌آر‌اس ۳ آزمایشگاهی بسیار نزدیک به یک سیاه‌چاله ابرپرجرم در اختیار ما می‌گذارد؛ جایی که بازخورد ستاره‌ای و شیمی به شیوه‌هایی غیرمنتظره با هم برهم‌کنش دارند.» این را یک اخترفیزیکدان آشنا با این مطالعه گفت. «شناسایی آب در چنین فاصله نزدیکی ما را وادار می‌کند دوباره درباره شکل‌گیری و بقای مولکول‌ها در جاهایی که میدان‌های تابشی نیرومندند فکر کنیم. رصدهای آینده تلسکوپ بسیار بزرگ کلید گشودن این معما خواهد بود.»

جمع‌بندی

آی‌آر‌اس ۳ چیزی فراتر از یک کنجکاوی نجومی است. این ستاره بازیگری پویا در محیط مرکزی راه شیری به شمار می‌آید و جریانی از مواد تولید می‌کند که شیمی محلی و احتمالا محیط تغذیه کمان ای* را تغییر می‌دهد. نگاه فروسرخ میانی وب، ستاره‌ای را آشکار کرده که با نرخی خارق‌العاده لایه‌های بیرونی خود را از دست می‌دهد و کشف آب، پیچشی شیمیایی به این ماجرا افزوده است؛ کشفی که رصدها و نظریه‌های سال‌های آینده را هدایت خواهد کرد.