9 دقیقه
تلسکوپ فضایی جیمز وب نمایی نزدیک و تازه از سحابی هلیکس — که بهطور عام به «چشم سارون» معروف است — ارائه کرده و ساختارهای پیچیدهای را در پوشش در حال مرگ یک ستاره شبیه خورشید نشان داده است. این تصاویر درک ما را از چگونگی ریزش مواد از ستارههای شبیه خورشید و پخش عناصر لازم برای شکلگیری سیارات و احتمالاً زندگی در کهکشان عمیقتر میکنند.
تصویر سحابی هلیکس در سمت چپ از تلسکوپ VISTA سازمان اروپا برای رصدخانه جنوبی (ESO) در شیلی گرفته شده است؛ تلسکوپی بصری و فروسرخ با آینهٔ اصلی ۴.۱ متری. در سمت راست تصویر تلسکوپ جیمز وب (JWST) گرفته شده که با ابزار NIRCam ثبت شده است.
چرا سحابی هلیکس اهمیت دارد — و چه چیزهایی جیمز وب نشان میدهد
سحابیهای سیارهای مرحلهای کوتاه و پرنور در سیکل زندگی ستارههای شبیه خورشید هستند. هنگامی که یک ستاره هیدروژن موجود در هستهاش را مصرف میکند، به غول سرخ تبدیل میشود و در ادامه لایههای بیرونیاش را پس میزند. بازماندهٔ داغ ستاره — کوتولهٔ سفید — گاز اخراجشده را با تابش فرابنفش شدید میپوشاند و باعث میشود گاز بدرخشد و پوستههای لایهای و رنگی تشکیل شوند که اخترشناسان آنها را سحابیهای سیارهای مینامند.
سحابی هلیکس که در حدود ۶۵۰ سال نوری در صورت فلکی دلو قرار دارد، یکی از نزدیکترین و پرمشاهدهترین نمونهها است. ظاهر شناختهشدهٔ آن به شکل چشم باعث شده که از دوران هابل تا رصدخانههای زمینی هدف مورد علاقهای برای تصویربرداری باشد. اکنون حساسیت بالای جیمز وب در محدودهٔ نزدیک فروسرخ ساختارهای ریز درون سحابی را آشکار کرده که در نور مرئی بهراحتی قابل رؤیت نیستند و به اخترشناسان امکان میدهد جزئیات فیزیکی و شیمیایی را بهتر بررسی کنند.
تصویر هابل از سحابی هلیکس.
از بارزترین ویژگیها هزاران گرهٔ متراکم شبیه دنبالهدار در میان گازهای درخشان هستند. ابزار NIRCamِ جیمز وب این گرههای دنبالهدار را با وضوحی بیسابقه تفکیک میکند و به محققان اجازه میدهد شکل، اندازه و مکانیزمهای بقای آنها در برابر تابش سخت ستارهٔ مرکزی را مطالعه کنند. این شواهد برای فهم بهتر پویاییهای تفرق جرم، ساختارهای غباری و مسیرهای شیمیایی مولکولی حیاتیاند.
گرههای دنبالهدار: بازماندگان کیهانی در بادهای خصمانه
گرههای دنبالهدار — که گاهی گلولهها یا گلوبول نامیده میشوند — تودههای فشردهتری از ماده هستند که در میان گاز پراکندهترِ سحابی جای دارند. در سحابی هلیکس تخمین زده شده حدود ۴۰٬۰۰۰ گره از این نوع وجود دارد. هر گره معمولاً دارای «سر»ی یونیزه و روشن است که به سوی ستارهٔ مرکزی قرار گرفته و «دُمی» کمنورتر دارد که از آن دور میشود؛ این ساختار ظاهری شبیه دنبالهدارها در میان بادهای ستارهای ایجاد میکند.
اگرچه هر گره اندازههایی دارد که با گسترۀ منظومهٔ شمسی ما (تا پلوتو) قابل مقایسه یا بزرگتر است، جرم کل آنها در مقایسه با یک ستاره بسیار ناچیز است. بقای این گرهها توازنی است میان فشار بادهای ستارهای که آنها را به بیرون شتاب میدهد و پشتیبانی داخلیِ چگالی، فشار گرمایی یا میدانهای مغناطیسی درون گرهها. دید فروسرخِ جیمز وب توانایی نفوذ به گرد و غبار و آشکارسازی تابش مولکولی و گرد و غبار گرم را دارد که به اخترشناسان سرنخهایی از ترکیب و دما میدهد؛ اطلاعاتی که در نور مرئی بهدشواری بهدست میآید.
تصویر بزرگنماییشده گرههای دنبالهدار در سحابی هلیکس را برجسته میکند.
آنچه ساختارها درباره مرگ ستاره و بازیافت مواد میگویند
سحابی هلیکس از نظر سحابیهای سیارهای نسبتاً کهن است و قدمتی در حدود ۱۰٬۰۰۰–۱۲٬۰۰۰ سال دارد. ستارهٔ پیشینیِ آن ممکن است از حدود ۱۵٬۰۰۰–۲۰٬۰۰۰ سال پیش شروع به ریزش لایهها کرده باشد. در چند دهه هزار سال آینده، سحابی گستردهتر، خنکتر و کمرنگتر خواهد شد زیرا کوتولهٔ سفید مرکزی کمنور میشود. در نهایت گاز معلق به میانستارهای پخش خواهد شد و مواد غنیشده را به محیط کهکشان بازمیگرداند.
این فرآیند در تکامل شیمیایی کیهان نقش محوری دارد. گاز حملکنندهٔ عناصر سنگینتری است که در طول عمر ستاره ساخته شدهاند — از جمله کربن، نیتروژن و اکسیژن — و این عناصر بعداً در تشکیل ستارگان و سیارات جدید سهم میگذارند. به عبارت دیگر، سحابیهای سیارهای هم پایان یک چرخهاند و هم شروع چرخهٔ بعدی: آخرین نفس یک ستاره که میتواند مواد اولیهٔ جهانهای آینده را فراهم کند.
ارتباط با سرنوشت خورشید
خورشید ما نیز در چند میلیارد سال آینده دچار تحول مشابهی خواهد شد. هنگامی که از رشتهٔ اصلی خارج شود و به غول سرخ تبدیل گردد، لایههای بیرونیاش را از دست میدهد و سحابی سیارهایای تشکیل میشود که توسط هستهٔ کوچک و در حال جمعشوندهٔ کوتولهٔ سفید روشن میشود. آن بازماندهٔ کمنور برای میلیاردها سال گرمای باقیمانده را ساطع میکند در حالی که گاز سحابی بهتدریج در گاز میانستارهای پراکنده میشود.
رنگها و ساختارهایی که در اجرامی مانند سحابی هلیکس میبینیم اساساً عکسهایی از سرنوشت آیندهٔ خورشید هستند؛ زمینهای ارزشمند برای درک تکامل بلندمدت ستارهای و منشأ عناصر روی زمین. مطالعهٔ این سحابیها به ما کمک میکند مسیرهای شیمیایی و فیزیکی را ردیابی کنیم که نهایتاً منجر به غنیشدن محیط میانستارهای و شکلگیری سیارات بعدی میشوند.
زمینهٔ ماموریت و مزایای فنیِ جیمز وب
جیمز وب عمدتاً در طیف فروسرخ مشاهده میکند که دو مزیت اصلی برای مطالعهٔ سحابیهای سیارهای فراهم میکند. نخست اینکه طولموجهای فروسرخ میتوانند گرد و غبار را بشکنند و ویژگیهایی را نشان دهند که در تصاویر نوری مخفی میمانند. دوم اینکه بسیاری از مولکولها و دانههای گرد و غبار گرم در نزدیک و میانهٔ فروسرخ تابش قوی دارند؛ بنابراین ابزارهایی مانند NIRCam و MIRI میتوانند خطوط نشر و پیوستهای را آشکار کنند که دما، چگالی و شیمی گرهها و تارها را افشا میکنند.
در مقایسه با هابل، جیمز وب رزولوشن اپتیکی بسیار بالاتر را در طولموجهای نوری معامله میکند، اما حساسیت بالاتر در طولموجهای بلندتر و سطح جمعآوری نور بزرگتر را ارائه میدهد. این ترکیب برای مطالعهٔ تابشهای کمنور و ساختارمند در سحابیهای نزدیک ایدهآل است و مکمل مورفولوژی اپتیکی دقیقِ هابل میباشد. تلسکوپهای زمینی نظیر VISTA متعلق به ESO نیز زمینهٔ فروسرخِ میدانگستردهٔ مفیدی فراهم میآورند که به اخترشناسان کمک میکند ویژگیهای مقیاسکوچک را به پوستهٔ کلی سحابی ارتباط دهند.
علاوه بر این، ابزارهای طیفسنجیِ جیمز وب میتوانند خطوط مشخصهای مانند خطوط مولکولی هیدروژن (H2)، ویژگیهای کربنآلی یا PAHها و خطوط نشری اتمی را با دقت بالا ثبت کنند. ترکیب مشاهدات تصویری و طیفسنجی اطلاعات دقیقی دربارهٔ روند یونیزاسیون، توزیع دما، و ترکیب شیمیایی به دست میدهد که برای مدلسازی فرایندهای فیزیکی مانند فوتوایونیزاسیون و جریانهای مغناطیسی-هیدرودینامیک حیاتیاند.
دیدگاه کارشناسان
«جیمز وب به ما مجموعهٔ جدیدی از چشمها را روی اجرامی میدهد که دهههاست آنها را بررسی کردهایم،» دکتر مایا چین، اخترفیزیکدان مشاهداتی متخصص در ستارههای تکاملیافته، میگوید. «حساسیت فروسرخ این تلسکوپ به ما امکان میدهد گاز مولکولی و مسیرهای بقای غبار را در درون گرهها شناسایی کنیم. این اطلاعات برای مدلهای پراکندگی سحابیهای سیارهای و بازگرداندن مواد ستارهای به محیط میانستارهای حیاتی است.»
دکتر چین اضافه میکند: «درک این فرآیندها نه تنها دربارهٔ مرگ ستاره به ما اطلاعات میدهد، بلکه به توضیح منبع مواد خام برای سیارات آینده — و احتمالاً حیات — نیز کمک میکند.» نظرات متخصصان دیگر هم بر اهمیت دادههای ترکیبیِ فروسرخ و نوری تأکید میکنند؛ چون هر باند طولموجی لایهای متفاوت از فیزیک و شیمی سحابی را نشان میدهد.
نتیجهگیری
نمای نزدیک جیمز وب از سحابی هلیکس سنت طولانی رصد سحابیهای سیارهای را غنی میکند و فرایندهای چندفازی و پویایی را که هنگام مرگ ستارههای شبیه خورشید رخ میدهد برجسته میسازد. با تفکیک گرههای دنبالهدار و بررسی ترکیب آنها در فروسرخ، وب جزئیات مهمی را به تصویر بازیافت ستارهای اضافه میکند. برای اخترشناسان و عموم مردم، این تصاویر هم از نظر علمی ارزشمند و هم از نظر بصری خیرهکنندهاند — یادآور واقعی اینکه مواد خورشید روزی در بافت کیهانی جای میگیرند که ستارگان و سیارات جدید را میسازد.
مطالعات پیگیری با استفاده از ابزارهای طیفسنجیِ جیمز وب و مشاهدات همزمان با تلسکوپهای زمینی و فضاپایه (از جمله هابل، VISTA، و آرافآرایههای رادیویی) به درک بهتر سازوکارهای تشکیل و پایداری گرهها، نقش میدانهای مغناطیسی، و مسیرهای شیمیایی منجر خواهد شد. این تحقیقات نه تنها سؤالهای بنیادی دربارهٔ تکامل ستارهای را پاسخ میدهند، بلکه بینشهایی عملی در مورد توزیع عناصر سنگین در محیطهای تشکیلدهندهٔ سیارهها فراهم میآورند — موضوعاتی که برای اخترزیستشناسی و مدلسازی سیارات آینده بسیار مهماند.
منبع: sciencealert
نظرات
آرمین
خیلی حماسی نشونش دادن، ولی به نظرم یه کم اغراق تو پیام عمومی هست، بهتره با دقت و زبان سادهتر بیان کنن.
سفرزون
تصاویر هم علمی هم هنری، واقعا خیرهکننده. کاش یه نقشه ساده یا گراف هم داشت برای آدمای غیرمتخصص تا راحتتر بفهمن.
لابکور
من تو پروژه دانشگاهی با دادههای فروسرخ کار کردم، این جزئیات میتونه مدلها رو کامل تغییر بده، امیدوارم طیفسنجی هم منتشر بشه... 🙂
توربو
این ۴۰٬۰۰۰ گره رو چطوری دقیق محاسبه میکنن؟ روش تخمین چیه، آیا خطاها رو گفتن؟ کلی سوال بیجواب دارم.
کوینکس
معلومه وب قویتره ولی هابل هنوز ارزش داره، مکمل همدیگهان. این ترکیب دادهها واقعا پولکیه، یعنی نتایج بهتر میشه
دیتاپا
وای، تصاویر جیمز وب همیشه یه چیز دیگه ست... گرهها انگاری زندگی خودشونو دارن، هم زیبا هم ترسناک، نفسم بند اومد.
ارسال نظر