ثبت شاهکار کیهانی شبیه به تابلوی شب پر ستاره ونگوگ با دوربین ۵۷۰ مگاپیکسلی انرژی تاریک
چند روز پیش اخترشناسان با استفاده از یک ابزار فوقپیشرفته، تصویری حیرتانگیز از یکی از نزدیکترین زایشگاههای ستارهای به زمین را ثبت کردند که بلافاصله ذهن هر بینندهای را به سمت تابلوی معروف «شب پر ستاره» اثر ونسان ونگوگ میبرد. در این پست با هم میبینیم که چطور این تصویر شگفتانگیز با جزئیات خیرهکننده ثبت شده است و چه پدیدههای فیزیکی و نجومی در پس این ابرهای مواج و درخشان نهفتهاند. در این سفر کیهانی، از ابرهای مولکولی تاریک عبور میکنیم، به ملاقات ستارههای نوزاد میرویم و تفاوت میان توهم بصری نزدیکی اجرام با واقعیت فیزیکی فاصله آنها را بررسی میکنیم. آیا واقعاً قوانین فیزیک حاکم بر سیالات در نقاشی ونگوگ با آشفتگیهای کیهانی همخوانی دارد؟
رقص نور و غبار در صورت فلکی تاج جنوبی
اخترشناسان با نشانهگیری دوربین قدرتمند ۵۷۰ مگاپیکسلی انرژی تاریک (Dark Energy Camera یا به اختصار DECam) به سمت نیمکره جنوبی آسمان، نمایی بینظیر از سحابیها، ستارههای جوان و خوشههای ستارهای ثبت کردهاند. این تصویر متمرکز بر منطقه شکلگیری ستارهای در صورت فلکی تاج جنوبی (Corona Australis) است. شباهت این ساختار کیهانی به شاهکار پستامپرسیونیستی ونگوگ یعنی تابلوی شب پر ستاره، فراتر از یک تشبیه ساده است. در نقاشی ونگوگ، جریانهای هوای آشفته باعث لرزش و چرخش نور ستارهها در میان ابرها میشوند. در این پدیده واقعی کیهانی نیز دقیقاً بادها و پرتوهای شدید صادر شده از ستارههای نوزاد هستند که به ابرای غولپیکر مولکولی تاج جنوبی شکل میدهند و جریانهای مواج غبار را ایجاد میکنند.
این ابر مولکولی در فاصله تقریبی ۴۳۰ سال نوری از ما قرار دارد که در مقیاسهای نجومی، همسایه دیوار به دیوار زمین و یکی از نزدیکترین زایشگاههای ستارهای به منظومه شمسی به شمار میرود. در دل این توده متراکم، گرانش در حال متراکم کردن گاز و غبار برای خلق ستارههای جدید است. برخی از این ستارههای نوزاد اکنون به اندازهای رشد کردهاند که با بادهای ستارهای خود، پوشش غلیظ گازی اطراف را کنار زده و پرتوهای درخشان خود را به فضای بیرون میتابانند. این فرآیند باعث میشود که بخشهایی از سحابی تاریک مجاور به صورت سحابیهای بازتابی درخشان نمایان شود.
ستارههای نوزاد و سحابی بازتابی درخشان
در کانون این غوغای کیهانی، سیستم ستارهای دوگانه آر تاج جنوبی (R Coronae Australis) قرار دارد. این دو ستاره با فاصلهای نسبتاً زیاد در یک مدار طولانی هر ۴۳ تا ۴۷ سال یکبار به دور یکدیگر میچرخند. همدم کوچکتر این سیستم یک کوتوله سرخ است؛ سردترین، کوچکترین و کمجرمترین نوع از ستارههای رشته اصلی که طولانیترین عمر را در میان تمام ستارگان جهان دارند. در مقابل، همدم بزرگتر یک ستاره پیشرشتهاصلی (Pre-main-sequence star) است. این جرم کیهانی بیشتر جرم نهایی خود را جمعآوری کرده اما هنوز دمای هسته آن به قدری بالا نرفته که جوش هستهای هیدروژن را آغاز کند. با این حال، انرژی ساطع شده از انقباض گرانشی آن به حدی است که گازها و غبارهای اطراف را به شدت روشن میکند. این منطقه نورانی به عنوان سحابی گسیلشی NGC 6729 شناخته میشود که مانند فانوسی در تاریکی ابرها میدرشد.
البته این سیستم دوگانه تنها ساکن این گهواره ستارهای نیست. دهها ستاره نوزاد دیگر نیز در حال متولد شدن در اعماق این ابر تاریک هستند. تقابل بادهای ستارهای پرانرژی این نوزادان کیهانی با اتمسفر سرد ابر مولکولی، ساختارهایی روان و آشفته شبیه به گردابهای نقاشی ونگوگ ایجاد میکند که در سراسر تصویر با رنگهای قهوهای تیره و طلایی دیده میشوند.
چلچراغی در اعماق تاریکی کیهان
در گوشه بالای سمت راست تصویر، پدیده درخشان دیگری خودنمایی میکند که تضاد زیبایی با ابرهای تاریک و قهوهایرنگ سمت چپ دارد. این شیء کروی پر از ستاره، خوشه ستارهای کروی NGC 6723 است که به دلیل درخشش بینظیرش به «خوشه چلچراغ» (Chandelier Cluster) معروف شده است. این خوشه کروی میزبان صدها هزار ستاره قدیمی است که در ساختاری فشرده و متقارن در کنار یکدیگر قرار گرفتهاند. اگرچه در نگاه نخست به نظر میرسد این خوشه در همسایگی ابر مولکولی تاج جنوبی قرار دارد، اما این صرفاً یک خطای دید ناشی از پرسپکتیو آسمان است.
خوشه چلچراغ در واقع بسیار دورتر از این زایشگاه ستارهای محلی قرار دارد. در حالی که ابر مولکولی تاج جنوبی تنها ۴۳۰ سال نوری با ما فاصله دارد، خوشه کروی NGC 6723 در فاصله عظیم ۲۹ هزار سال نوری از زمین واقع شده است. این خوشه ستارهای پیر، در هاله کهکشان راه شیری قرار دارد و سن برخی از ستارگان آن به بیش از ۱۰ میلیارد سال میرسد، یعنی ستارگانی که تقریباً همسن خود جهان هستند و نسلهای اولیه ستارهسازی را در کهکشان ما نمایندگی میکنند.
راز ریاضی آشفتگیهای تابلوی ونگوگ و فیزیک سیالات کیهانی
یکی از موضوعات هیجانانگیزی که این تصویر دوباره آن را به زبانها انداخته، دقت علمی عجیب نقاشی شب پر ستاره ونگوگ است. پژوهشهایی که در حوزه دینامیک سیالات انجام شده نشان میدهد الگوهای چرخشی ابرها در نقاشی این هنرمند هلندی، انطباق ریاضی شگفتانگیزی با پدیده آشفتگی فیزیکی (Turbulence) و قانون کولموگوروف دارد. ونگوگ این اثر را در دوران اقامت خود در آسایشگاه و در شرایط روحی خاص کشید، اما به نظر میرسد غریزه بصری او جریانهای پیچیده و آشفته هوا را به دقیقترین شکل ممکن درک و ثبت کرده است.
در فیزیک کیهانی نیز ابرها دقیقا از همین قوانین سیالات پیروی میکنند. وقتی بادهای ستارهای پرسرعت از ستارههای داغ و تازه متولد شده خارج میشوند، با گازهای سرد و ساکن ابر مولکولی برخورد میکنند. این برخورد شدید باعث ایجاد جبهههای موجی، تلاطم و جریانهای گردابی در گازهای میانستارهای میشود. تصویری که دوربین انرژی تاریک ثبت کرده، در حقیقت نمایی واقعی از مکانیک سیالات در مقیاس چند سال نوری است؛ جایی که قوانین فیزیک با هنر امپرسیونیستی پیوند میخورند.
تفاوت خوشههای ستارهای کروی و باز در زایشگاههای کیهانی
برای درک بهتر ساختار این تصویر، باید به تفاوت ماهوی میان خوشههای ستارهای کروی مانند خوشه چلچراغ و زایشگاههای ستارهای بپردازیم. ابرهای مولکولی نظیر تاج جنوبی محیطهایی هستند که خوشههای ستارهای باز (Open Clusters) را متولد میکنند. ستارههای متولد شده در این ابرها پیوند گرانشی ضعیفی با یکدیگر دارند و به مرور زمان از هم جدا شده و در کهکشان پراکنده میشوند. خورشید ما نیز میلیاردها سال پیش در یکی از همین ابرها متولد شده و سپس از خواهران خود جدا شده است.
در مقابل، خوشههای کروی ساختارهایی بسیار باستانی، چگال و پایدار هستند. این خوشهها در دوران اولیه شکلگیری کهکشان راه شیری پدید آمدهاند و به دلیل گرانش قوی و تعداد بسیار زیاد ستارگان، توانستهاند میلیاردها سال ساختار کروی خود را حفظ کنند. تصویر جدید دوربین انرژی تاریک به ما امکان میدهد تضاد میان آغاز زندگی ستارهها در ابرهای سرد و پایان مسیر تکاملی ستارگان در خوشههای باستانی را در یک قاب تماشا کنیم.
چرا دوربینهای مگاپیکسلی نجومی برای درک کیهان حیاتی هستند؟
بسیاری از مردم با دیدن تصاویری با رزولوشن بالا مانند کارکرد دوربین ۵۷۰ مگاپیکسلی DECam این سوال را میپرسند که چرا به چنین کیفیت و سنسورهای غولپیکری نیاز داریم؟ پاسخ در ماهیت نورهای بسیار ضعیف کیهانی نهفته است. سنسورهای بزرگ به اخترشناسان اجازه میدهند تا پهنه وسیعی از آسمان را با وضوح فوقالعاده بالا ثبت کنند. این دوربینها مجهز به فیلترهای نوری ویژهای هستند که طول موجهای خاصی از نور را از غبارهای غلیظ عبور میدهند تا جزئیات پنهان درون سحابیهای تاریک آشکار شود.
اگر دانشمندان از تلسکوپهای معمولی با میدان دید محدود استفاده میکردند، هرگز نمیتوانستند ارتباط ساختاری میان بخشهای مختلف ابر مولکولی تاج جنوبی و تضاد بصری آن با خوشه کروی NGC 6723 را در یک قاب منسجم به تصویر بکشند. این دوربینها ابزاری برای نقشهبرداری کلان از کیهان و درک نحوه توزیع ماده تاریک و انرژی تاریک در مقیاسهای بزرگ هستند.
تجهیزات رصدی شیلی و نقش تلسکوپهای زمینی در عصر تلسکوپهای فضایی
این تصویر زیبا توسط تلسکوپ ۴ متری ویکتور ام بلانکو (Víctor M. Blanco) مستقر در رصدخانه سرو تولولو در شیلی ثبت شده است. شاید این پرسش مطرح شود که با وجود تلسکوپهای فضایی پیشرفتهای مانند هابل و جیمز وب، چرا هنوز از تلسکوپهای زمینی استفاده میشود؟ تلسکوپهای زمینی به دلیل ابعاد بزرگتر آینهها و امکان نصب دوربینهای بسیار سنگین و پهنمیدان مانند DECam، در نقشهبرداری از نواحی وسیع آسمان بیرقیب هستند.
تلسکوپهای فضایی میدان دید بسیار محدودی دارند و بیشتر برای بررسی جزئیات بسیار ریز در نقاط مشخصی از فضا طراحی شدهاند. در واقع، کار این دو نوع ابزار رصدی مکمل یکدیگر است؛ تلسکوپهای زمینی نواحی وسیع و نامشخص را بررسی کرده و اهداف جالب توجه را شکار میکنند و سپس تلسکوپهای فضایی مانند هابل برای بررسی دقیقتر و با جزئیات بیشتر روی آن نقاط متمرکز میشوند، همانطور که هابل به تازگی تصویر پروضوح تری از قلب خوشه ستارهای کروی NGC 6723 به ثبت رسانده است.
با بیش از ۲۰ سال نویسندگی «ترکیبی» مستمر در زمینهٔ پزشکی، فناوری، سینما، کتاب و فرهنگ.
باشد که با هم متفاوت بیاندیشیم!
مطالب مرتبط
