10 دقیقه
تصور کنید کیهانی را که زمانی با نرخ نسبتاً بالای تولد ستاره می‌درخشیده و اکنون همزمان با پیری‌اش رنگ می‌بازد. پژوهشی تازه به رهبری اخترشناسان دانشگاه بریتیش کلمبیا نشان میدهد که جهان احتمالاً از دوران اوج شکلگیری ستارگان عبور کرده و به‌تدریج در حال سردتر و کم‌فعال‌تر شدن است — تغییری که در بلندمدت باعث نادرتر شدن پیدایش ستاره‌های نو خواهد شد. این یافته‌ها تأثیر مستقیمی بر درک ما از تکامل کهکشانها، چرخه شیمیایی بین‌ستاره‌ای، و احتمال شکلگیری سیارات جدید و قابل سکونت در آینده دور دارند.
جهانی که از اوج خود گذشته است
یک تیم شامل 175 اخترشناس از دادههای دو رصدخانه قدرتمند — تلسکوپ فضایی Euclid متعلق به آژانس فضایی اروپا (ESA) و ماهواره فروسرخ هرشل (Herschel) — برای ساخت بزرگ‌ترین نمونه کهکشانی تا به امروز استفاده کردند: تقریباً 2.6 میلیون کهکشان. با اندازهگیری دمای گرد و غبار کیهانی در سراسر این مجموعه داده عظیم، محققان توانستند بازسازی کنند که محیط‌های کهکشانی چگونه در طول زمان کیهانی تغییر کرده‌اند و چه روندهای بلندمدتی بر تشکیل ستاره تأثیر گذاشته است.
داگلاس اسکات، کیهان‌شناس دانشگاه بریتیش کلمبیا و از نویسندگان مشترک مقاله، این نتیجه کلی را بدین‌گونه خلاصه میکند: «از این نقطه به بعد، کیهان تنها سردتر و خاموش‌تر میشود.» این جمله ساده اما تند نشاندهنده نتیجه محوری مطالعه است: دمای میانگین گرد و غبار در کهکشانها طی میلیاردها سال به‌طور پیوسته کاهش یافته که نشاندهنده افت بلندمدت شرایط خام لازم برای انفجارها و خوشه‌زایی ستاره‌هاست. این روند نه تنها داده‌ای درباره دما ارائه میدهد، بلکه نشانه‌ای از کاهش نرخ تشکیل ستاره‌های پرجرم و تغییر در ترکیب جرمی میان‌ستاره‌ای نیز هست.
چگونه Euclid و Herschel روند سرد شدن را آشکار کردند
عمق داده و اندازه نمونه
مطالعات قبلی یا حساسیت لازم را داشتند یا پوشش کافی؛ اما به‌ندرت هر دو ویژگی را با هم فراهم کرده بودند تا هم کهکشانهای داغ و فعال و هم سامانه‌های سردتر و کم‌رونق را در یک نمونه بدون سوگیری ثبت کنند. Euclid تصویربرداری گسترده و عمیق در ناحیه‌های اپتیک و نزدیکفروسرخ فراهم می‌آورد، در حالی که هرشل در باندهای فروسرخ دور حساس به تابش گرمایی گرد و غبار به‌ثبت می‌رسید. ترکیب این دو منبع داده امکان اندازهگیری دقیق دماهای گرد و غبار را در مقیاس میلیون‌ها کهکشان فراهم کرده و یکی از منابع بزرگ عدم قطعیت در کارهای گذشته را حذف میکند.
اهمیت اندازه نمونه و عمق مشاهدات را نمی‌توان کم‌اهمیت شمرد: نمونهای به اندازه چند میلیون کهکشان اجازه میدهد روندهای بازه‌های زمانی مختلف کیهان (redshiftهای متفاوت) با توان آماری بالا بررسی شوند، همچنین زیرنمونه‌های متفاوت بر اساس جرم ستارهای، نرخ تشکیل ستاره، و نوع‌های کهکشانی به‌طور مجزا تحلیل شوند. این تفکیک‌ها کمک میکنند تا اثرات فیزیکی مختلف — مانند مصرف گاز ستاره‌ساز، بازخورد از سیاهچالههای ابرپرجرم، یا فروپاشی‌های کهکشانی — بر دمای گرد و غبار و در نتیجه بر تشکیل ستاره جدا شوند.
چرا دمای گرد و غبار شاخص کلیدی است
ذرات گرد و غبار در کهکشانها نور ستارگان را جذب کرده و آن انرژی را در باندهای فروسرخ بازتاب میکنند. گرد و غبار گرم معمولاً نشانه فعالیت شدید و تشکیل ستاره‌های پرجرم است؛ در حالی که گرد و غبار سردتر به جمعیتهای ستارهای پیرتر یا کاهش فعالیت ستارهزایی اشاره دارد. همان‌طور که اسکات توضیح میدهد، «ذرات گرد و غبار به تشکیل ستاره گره خورده‌اند و وقتی ستارگان می‌میرند، از طریق ابرنواخترها و بادهای ستارهای محیط میان‌ستاره‌ای را با گرد و غبار و عناصر سنگین غنی میکنند.» بنابراین ردیابی دمای گرد و غبار در طول زمان کیهانی، شاخصی عملی و نسبی برای سنجش توان تولید ستاره در جهان فراهم می‌آورد.
به‌علاوه، دمای گرد و غبار میتواند با پارامترهای فیزیکی دیگر همبستگی داشته باشد: نرخ جذب تابش یونیزه‌کننده، چگالی گاز مولکولی، میدان تابشی ستارهای محلی و حتی دینامیک کهکشان (مانند برخوردها و ادغام‌ها). اندازهگیری دقیق دما به پژوهشگران این امکان را میدهد که اثرهای ترکیبی این عوامل را جدا کرده و سناریوهای مختلف فیزیکی را آزمایش کنند؛ برای مثال بررسی کنند که آیا کاهش دما ناشی از مصرف تدریجی گاز مولکولی است یا بازخورد انرژی از هسته‌های فعال کهکشان (AGN) نقشی برجسته دارد.
یافته‌ها: کاهش پیوستهٔ گرمای کیهانی
محققان دریافتند که حدوداً 10 میلیارد سال پیش — زمانی که سن جهان تقریباً 3 میلیارد سال بود — دمای میانگین گرد و غبار به حدود 35 کلوین رسید (تقریباً منفی 238 درجه سانتی‌گراد). اگرچه این مقدار از دید انسان‌ها بسیار سرد است، اما نسبت به مقادیر سردتری که در دوره‌های اخیر‌تر مشاهده میشود، قابل‌توجه‌تر بوده است. طی میلیاردها سال بعد، هم میانگین دمای گرد و غبار و هم جرم گرد و غبار در کهکشانها کاهش یافته‌اند؛ نشانه‌هایی از کاهش نرخ تشکیل ستاره‌های پرجرم و کمتر شدن شمار ستاره‌های جوان و داغی که بتوانند محیط میان‌ستاره‌ای را گرم کنند.
نرخ کاهش دما و کاهش جرم گرد و غبار اطلاعاتی درباره سرعت تغییرات فیزیکی میدهد. به‌عنوان نمونه، اگر کاهش جرم گرد و غبار سریع‌تر از کاهش دما باشد، ممکن است فرآیندهای پاک‌کننده‌ای مانند بازخوردهای قوی از AGN یا سونامی‌های ستارهای باعث تخلیه گرد و غبار شوند؛ در مقابل، کاهش دما بدون افت شدید جرم گرد و غبار میتواند نشاندهنده کاهش در شدت تابش ستارهای ناشی از پیر شدن جمعیتهای ستارهای باشد. ریلی هیل، نویسنده مسئول مقاله، اشاره میکند که پوشش Euclid امکان اندازهگیری دما را با دقتی فراهم کرده که بسیاری از منازعات قبلی را به حداقل می‌رساند: «ما اکنون می‌توانیم ردیابی کنیم که چگونه یک عنصر کلیدی برای شکلگیری ستاره در طی زمان کیهانی محو میشود.»
این نتایج با دیگر شواهد مستقل از کاهش نرخ تشکیل ستاره در کهکشانها همخوانی دارد: نقشه‌برداری طیف‌های دریافتی، شمارش کهکشانی بر حسب روشنایی فروسرخ و دادههای گازهای مولکولی مجموع نشان می‌دهند که میزان مواد خام ستاره‌سازی (گاز سرد مولکولی و گرد و غبار) در بسیاری از کهکشانها در حال کاهش است — عاملی که به کاهش تولید ستاره‌های جدید منجر میشود.
پیامدها برای کهکشانها، سیارات و سرنوشت کیهانی
ستارگان موتورهای غنی‌سازی شیمیایی و شکلگیری سیارات هستند. ستاره‌های پرجرم عنصرهای سنگین‌تری تولید میکنند و از طریق ابرنواخترها آن‌ها را به صورت گرد و غبار و گاز به فضا می‌پاشند؛ این مواد سپس به نسل بعدی ستارگان و سیارات تغذیه می‌دهند. یک کاهش بلندمدت در تشکیل ستاره نه‌تنها تکامل ساختار کهکشانی را تحت‌تأثیر قرار میدهد، بلکه عرضه عنصرهای سنگین (مانند کربن، اکسیژن، سیلیکون و آهن) را برای سیارات آینده محدودتر می‌سازد و از این رو بر احتمال تشکیل سیارات سنگی و زیستپذیر در آینده تأثیر می‌گذارد.
در مقیاس‌های زمانی کیهان‌شناختی، این روند نوید یک جهان تاریک‌تر و سردتر را میدهد که در آن تولد ستاره‌ها به‌تدریج نادرتر میشود. این بدان معنا نیست که ستارگان یک‌باره ناپدید شوند — تشکیل ستاره‌ها همچنان ادامه خواهد داشت، به‌ویژه در جیبی‌های غنی از گاز — اما نرخ کلی کیهانی در مسیر نزولی قرار دارد که در صورت تداوم، ساختار و رفتار جهان را برای میلیاردها و حتی تریلیون‌ها سال آینده شکل خواهد داد. برای مثال، کهکشانهای مارپیچی ممکن است به کهکشانهای قرمز و مرده تبدیل شوند، کهکشانهای فعال کمتر شوند و محیط بین‌کهکشانی سردتر و رقیق‌تر شود.
از منظر اخترزیستی، کاهش تدریجی عناصر سنگین و گرد و غبار میتواند محدودیت‌هایی برای شکلگیری سیارات جدید به‌وجود آورد و در نتیجه، احتمال شکلگیری سامانه‌های زمین‌مانند در آینده دور را تغییر دهد. با این حال، مناطق یا کهکشان‌هایی که هنوز مخازن گازی قابل‌توجه دارند ممکن است همچنان میزبان دهکده‌های ستارهزایی باشند که به تولید سیارات ادامه دهند؛ بنابراین تصویر نهایی، ترکیبی از تنوع محلی و روندهای کلی خواهد بود.
دیدگاه کارشناسان
دکتر النا مورنو، اخترفیزیکدانی که در این مطالعه مشارکت نداشت، زمینه‌ای را ارائه میدهد: «این کار دو رصدخانه مکمل را به هم می‌آمیزد تا تصویری منسجم نشان دهد: شرایطی که موجب ستارهزایی فراوان می‌شد در حال تضعیف است. این یادآوری است که کیهان چرخه‌ای از زندگی دارد و ما اکنون آن را در سن میانی‌اش مشاهده می‌کنیم — در برخی نواحی پرجنب‌وجوش اما به‌طور کلی رو به سردی.»
برای جامعه علمی، این مطالعه اهمیت ترکیب مشاهدات چندطیفی را برای درک تکامل کهکشانها تأکید میکند و انگیزه‌ای برای پیگیری‌های بیشتر فراهم می‌آورد تا عوامل فیزیکی پشت این روند سرد شدن بلندمدت — مانند تخلیه گاز ستاره‌ساز، بازخورد از سیاهچالههای ابرپرجرم، یا تغییر نرخ ادغام کهکشانی — دقیق‌تر بررسی شوند. چنین پیگیری‌هایی میتواند شامل نقشه‌برداری مولکولی با رصدخانه‌هایی مانند ALMA، تحلیل طیف‌های پراکندگی برای سنجش نرخ‌های تشکیل ستاره، و شبیه‌سازی‌های هیدرودینامیکی با وضوح بالا برای مدل‌سازی همزمان بازخوردها و مصرف گاز باشد.
بعلاوه، این مجموعه داده عظیم و متقاطع Euclid-Herschel میتواند به حل سوالات اساسی دیگری نیز کمک کند: نحوه توزیع گرد و غبار در کهکشانهای مختلف چگونه با تاریخچه تشکیل ستاره در ارتباط است؟ نقش محیط‌های خوشه‌ای و خلوت در کاهش یا تقویت ستارهزایی چیست؟ و چگونه می‌توان مشاهدات فعلی را با پیش‌بینی‌های مدل‌های کهکشان‌شناسی پیوند زد تا چشم‌اندازی دقیق‌تر از سرنوشت کیهان به‌دست آورد؟ پاسخ به این پرسش‌ها اطلاعات عمیق‌تری درباره جایگاه ما در تکامل کیهانی فراهم خواهد کرد.
منبع: smarti
نظرات
استروز
نکته باحال ارتباط دمای گرد و غبار با احتمال شکلگیری سیاره‌ست. اینکه AGN چقدر تاثیر داره، هنوز نیاز به مطالعه بیشتر داره.
وی۸راید
این داده‌ها چقدر می‌تونن واقعاً بدون سوگیری باشن؟ نمونه بزرگه، ولی همیشه سوال‌هایی درباره کالیبراسیون و انتخاب نمونه هست
رودکس
وااای، یعنی کیهان داره پیر میشه؟ تصورش هم غمگینه و هم شگفت‌انگیز… کلی سوال تو سرم اومد، مخصوصا درباره آینده سیارات
ارسال نظر