دانشمندان با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل یک خوشه‌ی ستاره‌ای را در کهکشان همسایه‌ی راه شیری کشف کرده‌اند که روند شکل‌گیری ستارگان در اوایل کیهان را آشکار می‌کند.

هرچند ستارگان باعث شکل‌گیری ساختارهای کیهانی هستند، اما دانشمندان هنوز روند دقیق تشکیل خود این اجرام را نمی‌دانند. به‌تازگی گروهی از پژوهشگران با نگاه به ابر ماژلانی کوچک، یکی از قمرهای کهکشانی راه شیری، تلاش کردند تا شمار زیاد تولد ستارگان را در اوایل تاریخ کیهان درک کنند.

این کهکشان همسایه، نسبت به راه شیری ترکیب شیمیایی ساده‌تری دارد که آن را مشابه کهکشان‌های اولیه در کیهان می‌کند. زمانی که فراوانی عناصر سنگین، کمتر از امروز بود. بدین ترتیب گذرگاهی مناسب برای مطالعه‌ی جهان اولیه محسوب می‌شوند.

  • اخترشناسان راهی تازه برای تشخیص قدیمی‌ترین ستارگان ابداع کردند

حالا دو مطالعه‌ی جداگانه که نتایج آن‌ها ۸ سپتامبر (۱۷ شهریور) در «استروفیزیکال ژورنال» (Astrophysical Journal) منتشر شده است، با استفاده از تلسکوپ هابل و رصدخانه‌ی بسیار بزرگ اروپایی، به‌صورت عملی به همین نتیجه رسیده‌اند.

تیم‌های مستقل این پژوهش‌ها، با استفاده از تکنیک‌های مختلف، ستارگان جوانی را کشف کردند که در یک مسیر مارپیچی به سمت مرکز خوشه‌ی ستاره‌ای عظیم NGC 346 در ابر ماژلانی کوچک حرکت می‌کردند.

به گفته‌ی اخترفیزیکدانان این مسیر رودخانه-مانند با انبوهی از گازها و ستارگان، راهی مطلوب برای جمع شدن مواد مورد نیاز تولد ستاره است. و نکته‌ی جالب توجه آن است که بر اساس این پژوهش‌ها، فرآیند شکل‌گیری ستاره در ابر ماژلانی کوچک، شبیه به کهکشان راه شیری ماست.

مارپیچ ستاره‌ها، پنجره‌ای به کیهان اولیه

مارپیچ‌ها در طبیعت بسیار رایج هستند؛ از گردبادها گرفته تا دیسک‌های پیش‌سیاره‌ای اطراف ستاره‌های نوزاد و حتی قلمروی عظیم کهکشان‌های مارپیچی در سراسر کیهان.

در عین حال اخترشناسان با کشف ستاره‌های جوانی که به شکل ماریپیچی پیرامون مرکز خوشه‌ی ستاره‌ای عظیم NGC 346 می‌چرخند، شگفت‌زده شدند. بازوی بیرونی این مارپیچ در ابر ماژلانی کوچک، احتمالا روند تشکیل ستارگان را در مرکز خوشه تغذیه می‌کند که راهی مناسب برای تولد ستاره است.

ستارگان ابر ماژلانی کوچک، مانند ستارگان موجود در اوایل کیهان با داشتن عناصر سبک فراوان، داغ‌تر می‌سوزند و سوختشان زودتر از ستارگان کهکشان راه شیری تمام می‌شود. بدین ترتیب این قمر کهکشانی با فاصله‌ی نزدیک تنها ۲۰۰ هزار سال نوری، نمونه‌ای مناسب برای بررسی جهان اولیه است.

حالا بررسی خوشه‌ی NGC 346 بینش تازه‌ای را درباره‌ی روند طوفانی تولد ستارگان در اوایل تاریخ کیهان، یعنی حدود ۲ تا ۳ میلیارد سال پس از «مِه‌بانگ» (Big Bang) آشکار کرده است و بیان می‌کند که روند تشکیل ستاره‌ها در آنجا شبیه کهکشان راه شیری ماست.

خوشه‌ی ستاره‌ای NGC 346

خوشه‌ی ستاره‌ای NGC 346
Credit: NASA, ESA, Andi James (STScI)

خوشه‌ی NGC 346 با قطر تنها ۱۵۰ سال نوری، جرمی ۵۰ هزار برابر خورشید دارد. اما شکل شگفت‌انگیز و سرعت زیاد شکل‌گیری ستارگان آن، دانشمندان را گیج کرده بود و بنابراین برای کشف رفتار مرموز این مجموعه، به سراغ قدرت ترکیبی «تلسکوپ فضایی هابل» (Hubble Space Telescope) ناسا و «تلسکوپ بسیار بزرگ» (VLT) رصدخانه‌ی جنوبی اروپا رفتند.

«النا سابی» (Elena Sabbi) سرپرست یکی از این مطالعات در مؤسسه‌ی علوم تلسکوپ فضایی گفت: «ما بدون ستاره‌ها وجود نخواهیم داشت، و با این حال به‌طور کامل نمی‌دانیم که این اجرام چطور شکل می‌گیرند.»

او افزود: «چندین مدل برای پیش‌بینی شکل‌گیری ستارگان در اختیار داریم که در برخی موارد حتی متناقض هستند. اما می‌خواهیم تعیین کنیم که روند شکل‌گیری ستاره‌ها را دقیقا چه چیزی تنظیم می‌کند. این کار برای درک آنچه در جهان اولیه می‌بینیم، ضروری است.»

دانشمندان روند حرکت ستارگان در NGC 346 را به دو روش مختلف تعیین کردند. سابی و تیمش با استفاده از هابل، تغییرات موقعیت ستارگان را طی یک دوره‌ی ۱۱ سال اندازه‌گیری کردند و دریافتند که ستارگان این منطقه با سرعت متوسط ۳۲۰۰ کیلومتر بر ساعت حرکت می‌کنند که مسافت پیموده شده را در مدت ۱۱ سال به ۳۲۰ میلیون کیلومتر (حدود دو برابر فاصله‌ی زمین تا خورشید) می‌رساند.

این تیم با کمک وضوح فوق‌العاده و حساسیت بالای هابل موفق به این اندازه‌گیری‌ها شد. علاوه بر اینکه، تاریخچه‌ی رصدهای سه دهه‌ی هابل هم، مبنایی مناسب برای شناسایی حرکت‌های جزئی آسمان در طول زمان است. داده‌هایی که نیمی از آن‌ها آرشیوی است و اولین آن‌ها به ۱۱ سال پیش بازمی‌گردد. با توجه به عمر طولانی تلسکوپ، اکنون بیش از ۳۲ سال داده‌ی نجومی توسط آن ثبت شده است که می‌تواند به مطالعات طولانی‌مدت کمک کند.

  • چرا ستاره‌شناسان به دنبال کشف دورترین کهکشان‌ها هستند؟

سابی گفت: «آرشیو هابل واقعا یک معدن طلاست. نواحی ستاره‌زایی بسیار زیادی وجود دارد که هابل طی سال‌ها مشاهده کرده است و با توجه به عملکرد بسیار خوب این تلسکوپ، می‌توانیم مشاهدات را تکرار کنیم و این روند واقعا درک ما را از چگونگی شکل‌گیری ستارگان بهبود می‌بخشد.»

تیم دوم به رهبری «پیتر زیدلر» (Peter Zeidler) به جای هابل از ابزار «کاوشگر طیف‌سنجی چند واحدی» (MUSE) رصدخانه‌ی بسیار بزرگ اروپایی برای اندازه‌گیری سرعت شعاعی استفاده کردند که دور یا نزدیک شدن مارپیچ را بررسی کنند.

زیدلر درباره‌ی این مطالعه گفت: «واقعا شگفت‌انگیز است که ما از دو روش کاملا متفاوت با امکانات متفاوت و اساسا مستقل از یکدیگر، به یک نتیجه‌ی واحد رسیدیم. با هابل می‌توانید ستاره‌ها را ببینید، اما با MUSE می‌توانیم حرکت گاز را در بعد دیگری هم مشاهده کنیم و بررسی ما این نظریه را تأیید می‌کند که همه چیز به‌صورت مارپیچی به سمت داخل می‌رود.»

او درباره‌ی علت مارپیچی بودن حرکت گازها و ستارگان در این خوشه افزود: «مارپیچ راه طبیعی و خوبی برای شکل‌گیری ستاره‌ها از بیرون به سمت مرکز خوشه است و به کارآمدترین روش کمک می‌کند تا ستارگان و گازهای مسیر مارپیچی، ستارگان بیشتری را تشکیل دهند.»

عکس کاور: مسیر مارپیچی موجود در خوشه‌ی ستاره‌ای NGC 346
Credit: NASA, ESA, Andi James (STScI)

منبع: SciTechDaily