10 دقیقه
نجومشناسان ساختاری غیرمنتظره و معماگونه در هستهٔ سحابی حلقه کشف کردهاند: یک میلهٔ بلند و راست از آهن یونیزهٔ درخشان. این ویژگی—که تا کنون در هیچ سحابی سیارهای دیده نشده—سؤالات تازهای دربارهٔ چگونگی ریزش مواد از ستارگان در حال مرگ شبیه خورشید و رفتار غبار و فلزات در این مراحل پایانی چرخهٔ زندگی ستارگان مطرح میکند.
چگونه یک سحابی آشنا ناگهان عجیب شد
سحابی حلقه (مِسیه 57)، یک سحابی سیارهای شناختهشده که حدود 2,570 سال نوری در صورت فلکی لیرا فاصله دارد، نزدیک به ۲۵۰ سال است که مورد مطالعه قرار گرفته است. سحابیهای سیارهای پوستههای زیبا و رنگین هستند که وقتی ستارگانی شبیه خورشید لایههای بیرونی خود را در گذار به کوتولهٔ سفید بیرون میدهند، شکل میگیرند. از آنجا که این فرایند نسبتاً ملایم است، این اجرام غالباً متقارن و قابلفهم به نظر میرسند—پس یافتن یک میلهٔ مستقیم و درخشان از آهن یونیزه که از مرکز حلقه عبور میکند، واقعاً غیرمنتظره بود.
تصویر JWST از سحابی حلقه.
این میلهٔ آهنی در نقشههای طیفی جدیدی آشکار شد که با ابزار WEAVE بر روی تلسکوپ ویلیام هرشل ۴.۲ متری (WHT) ثبت شدهاند. با استفاده از حالت واحد میدان انتگرالی بزرگ WEAVE (LIFU)، تیم پژوهشی نماهای پیوستهٔ طیفی تمام سحابی را بهدست آورد—بهجای برشهای باریک و شکافمانند که در مطالعات قبلی بهکار میرفت. این رویکرد ساختارهایی را آشکار کرد که طیفسنجی شکافی بهسادگی میتواند از دید پنهان بماند، مگر اینکه بهطور شانسی شکاف از روی آن عبور کند.
چه چیزی این میلهٔ آهنی را چنین معماگونه کرده است؟
چند ویژگی این میله با تبیینهای متعارف سازگار نیست. نخست، ساختار عمدتاً از اتمهای خالص و یونیزهٔ آهن تشکیل شده بهنظر میرسد—مقداری عظیم که بر اساس تحلیل اولیه تقریباً معادل بخش قابلتوجهی از جرم زمین تخمین زده شده است. در سحابیهای سیارهای، فلزاتی مانند آهن معمولاً در دانههای غبار بهدام میافتند و نه بهصورت اتمهای آزاد و درخشان. دوم، کیهانشناسی حرکتی (کینماتیک) میله با نشانههای مورد انتظار از پدیدههای آشنا همخوانی ندارد.
- کوتولهٔ سفید در مرکز سحابی حلقه از خط مرکزی میله جابجا شده است، بنابراین نمیتوان میله را بهسادگی جتی دانست که مستقیماً از بقایای ستاره شلیک شده باشد.
- اندازهگیریهای سرعت در طول میله نشان میدهد کل سازه از ما فاصله میگیرد، نه اینکه در دو سر آن شیفت داپلری متضادی دیده شود که از جتهای دوقطبی انتظار میرود.
- هیچ خط تابشی دیگری در سحابی شکل خطی مشابه را دنبال نمیکند—این گسیل آهنی در شکلشناسی خود بیهمتاست.
مشاهدات JWST از سحابی، با آهن که به رنگ آبی مشخص شده است؛ بهجز در بالای سمت راست که برای نشاندادن غبار حذف شده است.
یکی از فرضیهها این است که مخزن بزرگی از غبار در طول یک ناحیهٔ باریک تخریب شده و اتمهای آهن را در فاز گازی آزاد کرده است. تصاویر تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) غبار را در دو طرف میله نشان میدهد اما نه تداخلی با خودِ میله، که تا حدی از این ایده حمایت میکند. با این حال، نابودی غبار و آزادسازی آهن نیازمند شوکهای شدید یا دماهای بسیار بالا است—نشانههایی که در مرکز آرام سحابی مشاهده نمیشوند.
آیا میله حاصل بقایای سیارهای پارهشده است؟
در مطالب مطبوعاتی همراه با کشف، پیشنهاد تحریکآمیزی مطرح شده که ممکن است مواد سیارهای متلاشی شده مسئول این پدیده باشند. در حالی که یک سیارهٔ پارهشده میتواند آوار آهندار فراهم کند، این سناریو در توضیح چندین واقعیت دچار مشکل است: آوار یک سیارهٔ متلاشی معمولاً ترکیبی از عناصر (منیزیم، سیلیسیم و غیره) را نشان میدهد، الگوی سرعت مداری یا گسترشی واضحی تولید میکند و معمولاً توزیعی پخشتر یا خوشهای شکل میگیرد—نه یک میلهٔ راست و منسجم. هیچیک از آن نشانههای مورد انتظار با مشاهدات جدید سازگار نیست.
زاویهدید و هندسه مهماند
باید اثرات پروجکسیون را نیز در نظر بگیریم. ممکن است میله در واقع بخشی از یک ساختار پهنتر باشد که تقریباً لبهبهلبه دیده میشود و بهنظر نازک و خطی میآید. اگر میله به سمت ما و دور از ما امتداد داشته باشد و خارج از صفحهٔ آسمان قرار بگیرد، شکل سهبعدی و حرکت واقعی آن میتواند بسیار متفاوت از چیزی باشد که از یک زاویهٔ دید واحد نتیجه میگیریم. بررسی دقیقتر هندسهٔ فضایی با مدلسازی سهبعدی و نقشهبرداری طیفی میتواند این ابهامات را کاهش دهد.
ابزارها و روشها: چرا WEAVE تفاوت ایجاد کرد
این کشف نشان میدهد چگونه طیفسنجی میدان انتگرالی مدرن میتواند تصویر ما از اجرام شناختهشده را دگرگون کند. حالت LIFU در WEAVE طیفها را در یک میدان وسیع در یک قرارگیری جمعآوری میکند و اطلاعات مکانی و طیفی را برای هر نقطه از سحابی فراهم میسازد. این امکان به تیم پژوهشی به سرپرستی راجر وسون (دانشگاه کاردیف) اجازه داد تا توزیع گسیل آهن را در سراسر حلقه ترسیم کرده و میلهای را شناسایی کند که طیفسنجی شکافی هرگز آن را نشان نداده بود.
راجر وسون و همکارانش اشاره کردند که بسیاری از سحابیها بارها با تلسکوپهای مختلف رصد شدهاند، اما ترکیب اندازهٔ میدان و پوشش طیفی WEAVE یک مجموعهٔ دادهٔ کیفی جدید ارائه داد. بهگفتهٔ وسون، پدیدار شدن میله از دادههای پردازششده چشمگیر و غیرمنتظره بود و تأکید میکند که پیشرفت ابزارها همچنان پدیدههای پنهانی را حتی در اجرام بهخوبی مطالعهشده آشکار میکند. این نکته برای علوم طیفسنجی و پروژههای بزرگ بررسی آسمان حائز اهمیت فنی و روشی است: دادههای میدانگسترده با تفکیک طیفی قابلقبول میتوانند ساختارهای نادیده را آشکار کنند که پیشتر بهدلیل محدودیتهای روش شناخته نمیشدند.
چرا این یافته برای دانش سحابیهای سیارهای اهمیت دارد
اگر میلهٔ آهنی ثابت شود که پدیدهای منحصر به فرد نیست، یافتن ساختارهای مشابه در سحابیهای سیارهای دیگر میتواند درک ما از پردازش غبار، انتقال فلزات و محیطهای مرحلهٔ پایانی ستارگان شبیه خورشید را بازتعریف کند. حضور مقدار زیادی آهن آزاد پیامدهایی برای نحوهٔ بقا یا نابودی دانههای غبار، چگونگی تعامل سیارات یا سیارکها با ستارگان در حال تکامل، و روند بازچرخش فلزات به محیط بینستارهای دارد.
فراتر از معمای فوری، این کشف یادآور آن است که چرخههای زندگی ستارگان و سامانههای سیارهای آنها بهطرز پیچیدهای به یکدیگر پیوستهاند. بقایای سیارهای، فیزیک غبار، همراههای دوتایی، میدانهای مغناطیسی و شوکهای گذرا میتوانند هر یک نقشهایی ایفا کنند—برخی نقشها در بررسیهای طیفی عمیقتر و گستردهتر تازه آشکار میشوند. برای نمونه، بررسی نقش همدمهای دوتایی میتواند کمک کند تا آیا تعامل گرانشی یک همراه نزدیک باعث برداشت یا برهمزدن مدار اجرام سیارهای و در نتیجه رهاسازی مواد فلزی شده است یا خیر.
بینش کارشناسان
«این میلهٔ آهنی مثال روشنی است از اینکه چرا به هر دو نوع مطالعات گسترده و پیگیریهای هدفمند نیاز داریم»، میگوید دکتر النا مورالس، اخترفیزیکدانی که فرایندهای تکامل ستارگان در مراحل پایانی را مطالعه میکند. «طیفسنجهای میدان انتگرالی نقشههای طیفی سهبعدی لازم را فراهم میکنند تا عجایبی را ببینیم که طیفسنجی شکافی از دید ما پنهان میدارد. اگر ساختارهای آهنی مشابه در سحابیهای دیگر ظاهر شوند، لازم است مدلهای ما دربارهٔ نابودی غبار و بازتوزیع فلزات در ایجکتی ستارهای بازنگری شود.»
نتایج این پژوهش در مجلهٔ Monthly Notices of the Royal Astronomical Society منتشر شده و تیم برنامهریزی کرده است تا در دادههای بایگانی و مجموعههای جدید میدان انتگرالی به دنبال نمونههای اضافی بگردد. هر تشخیص تازه میتواند سرنخی باشد: آیا میلهٔ حلقه یک اتفاق نادر است، باقیماندهٔ یک سیارهٔ نابودشده، یا ردِ یک فرایند فیزیکی عمومیتر که تاکنون از دید ما پنهان مانده؟
با گسترش بررسیهای طیفی سحابیهای سیارهای با WEAVE، JWST و دیگر تاسیسات، امید آن است که نمونهای بهاندازهٔ کافی بزرگ ساخته شود تا تبیینهای رقیب آزموده شوند. تا آن زمان، میلهٔ آهنی سحابی حلقه همچنان اثر بصری برجسته و حلنشدهای از مرگ ستاره باقی میماند—و دعوتی به بازنگری در اجرامی که فکر میکردیم از پیش میشناختیم.
برای پیشرفت در حل این معما، چند مسیر پژوهشی مشخص پیشنهاد شدهاند: رصدهای چندطولی (multi-epoch) برای ردیابی تغییرات دینامیکی، مشاهدات چندطولی موج (از رادیو و میلیمتری با ALMA تا پرتو ایکس برای شناسایی شوکهای پرانرژی)، و مدلسازی عددی که شامل فرآیندهای فیزیکی نابودی غبار مثل سوبلایهبرداری (sputtering)، تبخیر گرمایی و تأثیر میدانهای مغناطیسی باشد. ترکیب این روشها با تحلیلهای شیمیایی میتواند به تعیین اینکه آیا آهن آزاد از تخریب غبار برخاسته یا از منبع دیگری تأمین شده، کمک کند.
از منظر نظری، پرسشهایی در مورد سرعتهای شوک لازم برای آزادسازی آهن، فرایندهای یونیزاسیون مورد نیاز برای ایجاد خطوط تابشی مشاهدهشده، و زمانبندی رخداد نسبت به سنِ سحابی مطرح است. اگر مقدار آهن آزاد شده نزدیک به کسرهایی از جرم زمین باشد، باید توضیحی برای منبع این ماده وجود داشته باشد: آیا از یک سیارهٔ سنگی بزرگ، از پوستهٔ بیرونی یک همراه دوتایی، یا از فرآیندی در داخل سحابی برخاسته است؟ برای پاسخگویی به این پرسشها، تحلیل ترکیبی طیفی-کینماتیکی و مقایسه با مدلهای تکاملی ستارهای و پویایی سامانههای چندجسمی لازم است.
در نهایت، این کشف نشان میدهد که حتی اجرامی که بهنظر از پیش شناختهشده و کلاسیک میآیند میتوانند حامل رازهای جدیدی باشند. سحابی حلقه از قرن هجدهم تاکنون تا به امروز منبع دانش بسیاری بوده است؛ اکنون با ابزارهای جدید، همان شیء میتواند پنجرهای به فرایندهایی باز کند که در مرگ ستارگان و بازچرخش مواد سنگین در کهکشان نقش دارند.
منبع: sciencealert
نظرات
نو_ا
کمی اغراق شده بنظر میاد، یه میله آهنی به این بزرگی؟ اما خب ایدهٔ سیارهی پاره شده هم جذابه، منتظرم دادههای بعدی بیان.
دانیکس
نکتهٔ جالب اینه که WEAVE تونسته چیزی رو ببینه که قبلاً پنهون بوده، یعنی ابزار مهمتر از همیشه؛ ولی برای نتیجهگیری عجله نکنیم، نیاز به تأیید از چند طول موج و پیگیری زمانی هست، صبر لازم داریم.
آرمین
یه بار تو یه سمینار دیدم بحث بقا و نابودی غبار چقدر پیچیدهست، این کشف انگار همهی اون پیچیدگیها رو دوباره نشون میده، کنجکاوم ببینم مدلها چطور جواب میدن
آسترو
آیا واقعاً از تخریب غبار اومده؟ یا بقایای سیاره؟ خوب، دادههای سرعتی که گفتن، خیلی سوالبرانگیزن... چرا فقط آهن؟
نتکس
وای جدی؟ آهن مثل یه میله روشن توی حلقه، خیلی عجیب و هیجانانگیز... نمیتونم از فکرش دست بردارم!
ارسال نظر