8 دقیقه
تصویر جدید تلسکوپ فضایی جیمز وب از سحابی هلیکس شبیه یک پرترهٔ نزدیک از یک ستارهٔ در حال مرگ است—صمیمی، پرجزئیات و بهنوعی زیبا. ستونهای کوچک شبیه دنبالهدار از یک کوتولهٔ سفید مرکزی داغ به بیرون جریان دارند. این سازهها ظریف بهنظر میرسند، اما در واقع کارگران یک چرخهٔ بازیافتی عظیم هستند که نسلهای آیندهٔ ستارگان و سیارات را بذرپاشی خواهد کرد.
آنچه وب نشان میدهد و چرا اهمیت دارد
سحابی هلیکس که گاهی بهعنوان «چشم خدا» یا «چشم سائورون» نامیده میشود، یکی از نزدیکترین و بیشترین عکسبرداریشدهترین سحابیهای سیارهای است. دوربین فروسرخ نزدیک جیمز وب (NIRCam) لایههایی را آشکار کرده که تلسکوپهای پیشین تنها به آنها اشاره کرده بودند و اکنون هزاران ساختار متراکم و گرهای—که به آنها «گرههای دنبالهداری» گفته میشود—را نشان میدهد، بهطوریکه نوک این گرهها به سمت ستارهٔ مرکزی قرار گرفته و دُمهایشان به بیرون کشیده شدهاند. برخی از آنها نارنجی سوختهاند و برخی دیگر طلایی میدرخشند. این رنگها تزئینی نیستند؛ بلکه نقشهٔ دما و ترکیب شیمیایی در سراسر سحابی را نشان میدهند.
نزدیک کوتولهٔ سفید، تابش فرابنفش گاز را یونیزه میکند و آن را با درخششی آبی-سفید روشن میسازد. اگر از مرکز دور شویم، دماها کاهش مییابند. مولکولهای هیدروژن شروع به تسلط میکنند؛ آنها در محدودهٔ فروسرخ نزدیک تابش میکنند و در فیلترهای وب به رنگهای زردگونه ثبت میشوند. دورتر از آن، غبار خنکتر—که در تصویر یک تهرنگ قرمزرنگ دارد—نواحی غنی از ذرات جامد را مشخص میکند که میتوانند بهعنوان مواد خام برای سیارات آینده عمل کنند. بهطور خلاصه، این تصویر یک برش از فیزیک ستارهٔ در حال مرگ و فرآیندهای بازیافت کهکشان را بهنمایش میگذارد.
سحابیهای سیارهای نامی گمراهکننده دارند؛ آنها سیاره نیستند. اینها لایههای بیرونی ستارگاناند—عمدتاً هیدروژن و هلیوم با عناصر سنگینتر مخلوط شده—که یک ستارهٔ شبیه به خورشید هنگام پایان سوخت هستهای خود از دست میدهد. در مرکز، یک کوتولهٔ سفید فشرده و داغ باقی میماند که پوستهٔ در حال انبساط را با تابش شدید خود نورانی میکند و آن را به حلقهها، رشتهها و گرهها شکل میدهد. مورفولوژی مارپیچیمانند سحابی هلیکس و گرههای دنبالهداری متراکم آن آزمایشگاههای ایدهآلی برای مطالعهٔ تعامل میان از دست دادن جرم، فشار تابشی و دینامیک گاز در پایان زندگی یک ستاره هستند.
علاوه بر زیباییشناسی، فیزیک این پدیده اهمیتی عمیق دارد. غشاهای بیرون راندهشده، کربن، اکسیژن و نیتروژن—عناصر ساختهشده در فرایندهای تکاملی ستارهای—را به محیط میانستارهای بازمیگردانند. اینها همان عناصری هستند که برای تشکیل سیارات سنگی و در نهایت برای شکلگیری زندگی بهعنوانی که ما میشناسیم ضروریاند. از این منظر، سحابی هلیکس کمتر شبیه آتشسوزی تدفینی و بیشتر شبیه کمپوست کیهانی است که کهکشان را با هر مرگ ستارهای غنیتر میکند. و بله: این تصویر طرحی محتمل از سرنوشت خورشید ما را در حدود پنج میلیارد سال آینده ارائه میدهد، زمانی که خورشید به یک غول قرمز تبدیل میشود و پشت خود یک کوتولهٔ سفید محصور در پوستهای درخشان مشابه بهجا میگذارد.
برای زمینهٔ دقیقتر باید اشاره کرد که سحابی هلیکس (شناختهشده بهعنوان NGC 7293) در فاصلهٔ نسبی حدود چند صد تا تقریباً 650 سال نوری از زمین قرار دارد؛ این نزدیکی موجب شده تا جزئیات ساختاری آن بهتر قابل مشاهده و مطالعه باشد. با استفاده از دادههای جدید جیمز وب در فروسرخ نزدیک، محققان میتوانند ساختارها را در مقیاسهای فضایی کوچکتر دنبال کنند و ارتباط میان فرایندهای شیمیایی و دینامیکی را بهتر درک کنند—این درک برای مدلسازی غبار و فرآیندهای شکلگیری مولکولها حیاتی است.
ابزارها، فیلترها و علم پشت رنگها
مشاهدات فروسرخ نزدیک وب با استفاده از فیلترهای متعدد انجام میشود تا امضاهای دمایی و مولکولی از هم تفکیک شوند. NIRCam که پوشش طولموجیاش تقریباً از 0.6 تا 5 میکرومتر گسترش دارد، امکان جداسازی تابش ناشی از گاز یونیزهٔ داغ نزدیک کوتولهٔ سفید، هیدروژن مولکولی گرم در دُمهای گرهدار، و ذرات غباری خنکتر دورتر را فراهم میآورد. اگرچه چشم انسان این طول موجها را مستقیماً نمیبیند، اخترفیزیکدانان آنها را به رنگهای قابل رؤیت ترجمه میکنند تا کنتراستهای فیزیکی برجسته شوند؛ نتیجه هم از نظر علمی آموزنده و هم از نظر بصری چشمنواز است.
در عمل، فیلترهای مختلف حساسیت به خطوط نشری متفاوتی را فراهم میکنند: خطوط مولکولی مانند تابشهای هیدروژن مولکولی (H2)، خطوط نشری از اتمهای یونیزهشده، و نشانههای غبار و ترکیبات آلی ساده. این ترکیبِ تصویری به پژوهشگران اجازه میدهد تا دما، چگالی و ترکیب شیمیایی نواحی مختلف را تقریباً بهصورت نقشهای سهبعدی تخمین بزنند. از نظر روششناختی، ترکیب تصاویر چندفیلتره با طیفنگاری میتواند فراوانی عناصر را اندازهگیری کند و اطلاعاتی دربارهٔ اندازهٔ ذرات غبار و توزیعشان ارائه دهد—پارامترهایی که مستقیماً بر تشکیل سیاره و بقای مولکولهای پیچیده تأثیر میگذارند.
این نماهای دقیق همچنین نشان میدهند که چگونه بادهای ستارهای سریعِ صادره از ستارهٔ در حال مرگ با پوستههای قبلاً راندهشده و کندتر برخورد میکنند. گرههای دنبالهداری نقش سپرهای مینیاتوری را ایفا میکنند؛ هنگامی که بادهای پرسرعت به تودههای چگالتر و خنکتر برخورد میکنند، دُمها تراشیده میشوند و سرِ کپهها فشرده میشود. تحت چنین فشاری، شرایط میتواند برای تشکیل مولکولهای پیچیدهتر مساعد شود—گامی بهسمت شیمی آلی که در نهایت در مناطق تشکیل ستاره مشاهده میشود.
برای مثال، فرآیندهای گرمایش و یونیزاسیون میتوانند چسبندگی مولکولی و پوششدهی ذرات غبار را تغییر دهند؛ این تغییرات بر چگونگی رشد و تجمیع دانههای غبار تأثیر میگذارند—پیشنیازهای اولیهٔ تشکیل هستههای سیارهای. مشاهدهٔ تغییرات در ساختارهای گرهی و دُمدار به دانشمندان کمک میکند تا نرخِ بقای غبار، تبدیل عناصر به مولکولهای پیچیدهتر و بازگشت جرم به محیط میانستارهای را بهتر برآورد کنند. این نوع تحلیلها برای درک اثرگذاری تکامل ستارهای بر اقتصاد شیمیایی کهکشان حیاتیاند.
باید تأکید کرد که وب بهتنهایی عمل نمیکند؛ زمینهٔ علمی با تلاقی دادههای چندطولموج شکل میگیرد. مقایسهٔ تصاویر اپتیکی از هابل، نماهای پرتو ایکس از چاندرا و مشاهدات رادیویی و فروسرخ از دیگر رصدخانهها اجازه میدهد تا پژوهشگران تصویری چندوجهی از ساختار و تکامل سحابی هلیکس بسازند. این مجموعهدادهها مدلهای از دست دادن جرم را پالایش میکنند و در تعیین مقدار جرمی که از یک ستارهٔ پیشساز با جرم نزدیک به جرم خورشید به محیط میانستارهای بازمیگردد، کمک میکنند.
بینشِ کارشناسان
«آنچه وب به ما میدهد شفافیت است،» دکتر النا مارکز، اخترفیزیکدانی که فرایندهای تکاملی ستارگان در مراحل پایانی را مطالعه میکند، میگوید. «ما اکنون میتوانیم دنبال کنیم که چگونه تابش، تودهها را در مقیاسهای زیرِ یک واحد نجومی شکل میدهد و این جزئیات مستقیماً وارد مدلهای بقای غبار و تشکیل مولکولها میشود. این نوع جزئیات بر برآوردهای ما از کارایی ستارگان در حال مرگ در غنیسازی کهکشان با اجزای سازندهٔ سیارات اثر میگذارد.»
در افق پژوهشی، مشاهدات عمیقتر و مکمل—از جمله طیفنگاری برای اندازهگیری وفور شیمیایی، تصویربرداریهای زمانی برای رصد تغییرات ساختاری، و نقشهبرداری با وضوح بالاتر از ذرات غبار—درک ما را از فراوانی ساختارهایی مانند گرههای هلیکس و پیامدهای آنها برای شکلگیری سیاره تیزتر خواهد کرد. طیفنگاری بهویژه میتواند نشان دهد که چه ترکیباتی در چه نواحیای شکل میگیرند و چه فرایندهایی گرایش به ساخت مولکولهای آلی پیچیدهتر دارند.
برای عموم مردم، این تصویر یادآور است: مرگ ستارهها خاموش یا بیثمر نیست. این یک عمل آفرینش در مقیاس زمانی کیهانی است که خاکستر ستارهای را به دانههای جهانهای آتی تبدیل میکند. هر بار که یک ستاره مانند خورشید ما به پایان میرسد، مقداری از موادش به محیط میانستارهای بازمیگردد و این مواد در نسلهای بعدی ستارهها و سیارات بهکار خواهند رفت.
وقتی به نمای وب از هلیکس نگاه میکنید، تنها یک سحابی نمیبینید؛ شما شاهد آنید که یک ستاره میراث خود را به کهکشان بازمیگرداند—آهسته، زیبا و اجتنابناپذیر.
منبع: smarti
نظرات
نووا_ا
من تو دانشگاه روی غبار کار میکردم، این گرهها واقعا میتونن شیمی پیچیده بسازن؛ حس میکنم داریم یه صفحه از تاریخ خورشید رو میبینیم
آرمین
زیباس اما یه ذره اغراق شده به نظر میاد، تا دادهها رو نبینم باورم نمیشه. ولی خب تصویر قشنگه، حس کنجکاوی بالا میره
آسترو
نمایش علمی و بصری همزمان؛ خوبه که وب تونسته مقیاسهای زیر واحد نجومی رو ببینه. امیدوارم طیفنگاری هم بیاد، سریع!
توربو
واقعا خورشید ما هم قراره اینجوری بشه؟ چیزایی شنیده بودم ولی این جزئیات... آیا رنگها کاملا علمیاند یا پردازش تصویری هم دخالت کرده؟
دیتاپالس
وااای... این تصویر مثل یه پرترهٔ مرگ و تولد همزمانه! جزئیاتش جابر، رنگها انگار دما رو میگن، من گیج شدم ولی عاشق شدم
ارسال نظر