سفر به قلب کهکشان با جیمز وب؛ معمای راه‌شیری حل می‌شود؟

اسرار نحوه تکامل کهکشان‌ها ممکن است در مرکز کهکشان راه شیری پنهان باشد و جیمز وب به دنبال حل این راز است.

از زمانی که ستاره‌شناسان برای اولین بار به بازوهای مارپیچی درخشان کهکشان ما نگاه کردند، به این فکر افتادند که چه فرآیندهایی ممکن است باعث تکامل این ساختارهای عظیم و ستاره‌دار شده باشد.

احتمال دارد که همین فرآیندها باعث شده باشد که ما شاهد چنین تنوع خیره‌ کننده‌ای از نواحی کهکشانی در جهان قابل رویت باشیم که شامل حدود دو هزار میلیارد کهکشان با اندازه‌ها، شکل‌ها و ترکیبات منحصر به فرد است.

بنابراین، در تلاش برای افزایش درکمان از تکامل کهکشان‌ها، بیش از ۱۰۰ ستاره‌شناس از بیش از ۸۰ مؤسسه در سراسر جهان خواستار وقت رصدی با تلسکوپ فضایی جیمز وب(JWST) برای انجام یک بررسی چند دوره‌ای در منطقه‌ای بزرگ با چند طول موج از داخلی‌ترین مناطق کهکشان راه شیری شدند.

رمزگشایی پویایی‌شناسی قلب کهکشان راه شیری یا مرکز کهکشانی(GC)، باید آنچه را که در بسیاری از کهکشان‌های دیگر جهان ما اتفاق می‌افتد، آشکار کند.

در حالی که مرکز کهکشانی راه شیری یکی از نواحی مورد مطالعه در آسمان شب است، تعدادی از اسرار نجومی آن همچنان باقی مانده است.

برای مثال، دانشمندان می‌خواهند بدانند که سیاه‌چاله‌ی عظیمی که در مرکز کهکشان ما به نام کمان‌ای *(Sagittarius A*) قرار دارد، چه نقشی در تکامل آن بازی می‌کند؟ چرا شکل گیری ستاره کهکشان ما در ابرهای مولکولی سرد و تاریک منطقه کندتر از آن چیزی است که باید باشد؟ خوشه‌های ستاره‌ای مرکزی کهکشان ما در وهله اول چگونه پدیدار می‌شوند؟

چرا جیمز وب؟

آدام گینزبورگ(Adam Ginsburg)، ستاره‌شناس دانشگاه فلوریدا که یکی از نویسندگان این مقاله است می‌گوید: مرکز کهکشان ما به دو دلیل چالش برانگیز است.

به گفته گینزبورگ، مرکز کهکشانی پر از ستاره است. در واقع ستاره‌ها آنقدر متراکم هستند که تلسکوپ‌های کوچک‌تر برای تشخیص یک ستاره از ستاره دیگر به سختی تلاش می‌کنند. به علاوه، دید ما از مرکز کهکشانی از روی زمین توسط ابرهای بزرگ غبار مسدود شده است.

گینزبورگ توضیح داد: جیمز وب هر دوی این مشکلات را حل می‌کند، زیرا تلسکوپ بزرگی است، وضوح عالی دارد و می‌تواند ستاره‌ها را به خوبی از یکدیگر مجزا کند. و از آنجا که در نور مادون قرمز رصد می‌کند، می‌تواند از میان غبار ببیند. این تلسکوپ می‌تواند هر دو کار را انجام دهد.

دوربین مادون قرمز نزدیک(NIRCam) و سیستم فیلترهای آن که به اخترشناسان اجازه می‌دهد طیف‌های نور مادون قرمز را به طول موج‌های ساطع شده از مواد خاص جدا کنند، این رصدخانه را به‌طور منحصربه‌فردی قادر می‌سازد تا از میان این مناطق متراکم غبار به درون ساختار نگاه کند.

با چشم غیرمسلح، این مناطق فقط مانند حفره‌های تاریک به نظر می‌رسند، زیرا ما تنها می‌توانیم طول موج‌های نور مرئی را ببینیم که توسط پوشش‌های غبار مسدود شده است. با این حال، طول موج‌های فروسرخ می‌توانند از غبار عبور کنند و در نهایت به آشکارسازهای جیمز وب برسند.

جیمز وب همچنین قادر به رصد در طول موج‌های بلندتر نور فروسرخ است که از آن برای مشاهده کهکشان‌ها در کیهان اولیه استفاده می‌کند. نور این کهکشان‌ها به دلیل انبساط مداوم جهان دچار انتقال سرخ شده است.

در انتقال سرخ امواج نور به سمت انتهای قرمز طیف الکترومغناطیسی که طول موج‌های بلندتر طبقه‌بندی می‌شوند، حرکت می‌کنند. این فرآیند به عنوان اثر داپلر نیز شناخته می‌شود. نور مادون قرمز نسبت به نور مرئی از نظر طول موج بلندتر بوده و انرژی کمتری دارد که باعث می‌شود برای انسان نامرئی باشد.

اما با این حال، یک تلسکوپ نمی‌تواند به تنهایی کل تصویر را ثبت کند و به همین دلیل است که محققان پیشنهاد می‌کنند از تعدادی تلسکوپ دیگر(قدیمی و جدید) برای پشتیبانی از یافته‌های جیمز وب استفاده شود.

براساس این مقاله، از آرایه میلی‌متری بزرگ آتاکاما(ALMA) و تلسکوپ فضایی هابل برای این بررسی استفاده شد که هر دو در حال حاضر فعال هستند و همچنین تلسکوپ‌های آینده مانند تلسکوپ فضایی رومی، تلسکوپ بسیار بزرگ رصدخانه فضایی اروپا و ماهواره اخترسنجی جاسمین(JASMINE) ژاپن نیز مورد استفاده خواهند گرفت. این کاوش چند دوره‌ای داده‌های مرکز کهکشانی را در فواصل زمانی یک، پنج و ۱۰ ساله جمع آوری می‌کند.

چه چیزی می‌توانیم بیاموزیم؟

یکی از بزرگترین سوالات حل نشده در مورد کهکشان راه شیری این است که چگونه سیاهچاله آن بر تکامل کهکشان ما تاثیر گذاشته است.

اخترشناسان می‌دانند که سیاه‌چاله‌های عظیم کهکشانی مانند این، بیشتر با تغذیه از گازی که خود حفره‌ها را به شکل صفحه‌ای به نام دیسک‌های برافزایشی احاطه کرده است، رشد می‌کنند.

بنابراین، از آنجایی که وجود چنین گازی یک عنصر ضروری برای تشکیل ستاره است، منطقی است که رابطه‌ای بین تاریخچه رشد کمان‌ای * و سرعت تشکیل ستاره در مرکز کهکشانی وجود داشته باشد.

مشاهدات چند دوره‌ای از مرکز کهکشانی باید به اخترشناسان ایده‌ای از تعداد ستاره‌های در حال شکل گیری و بنابراین سرعت رشد کمان‌ای* بدهد.

سیاهچاله‌های فعال مقادیر زیادی تابش الکترومغناطیسی ساطع می‌کنند، اما کمان‌ای * در این جبهه نسبتا ساکت است، که نشان می‌دهد حجم زیادی از مواد را مصرف نمی‌کند. ستاره شناسان از کمان‌ای * به عنوان یک سیاهچاله «خاموش» یاد می‌کنند.

راینر شودل(Rainer Schödel)، اخترشناس و نویسنده اول این مقاله می‌گوید: کمان‌ای* یک سیاهچاله خاموش است و به نظر می‌رسد که بیشتر جرم خود را در گذشته به دست آورده باشد.

گینزبورگ توضیح می‌دهد که این بررسی می‌تواند به اخترشناسان کمک کند تا تخمین‌های بهتری از چیزی به نام تابع جرم اولیه(IMF) نیز بدست آورند، که تعداد نسبی ستارگان بزرگ و کوچکی را که تشکیل می‌شوند، نشان می‌دهد.

این تابع به اخترشناسان می‌گوید که جمعیت ستارگان چقدر نور تولید می‌کنند. این موضوع در مطالعه کهکشان‌های بسیار دور برای ستاره‌شناسان برای دیدن ستاره‌های منفرد مهم است.

با این حال، اندازه‌گیری تابع جرم اولیه دشوار است زیرا درخشان‌ترین ستارگان در مدت زمان بسیار کوتاهی به ابرنواختر تبدیل می‌شوند و بنابراین آنها برای اندازه‌گیری به اندازه کافی در فضا نمی‌مانند. مرکز کهکشانی به ما فرصت خوبی برای غلبه بر این مشکل می‌دهد، زیرا متشکل از ستارگان بسیاری با همه جرم‌هاست.

همچنین این محیط به اندازه کافی نسبت به همسایگی خورشیدی ما متفاوت است و به ما موارد جدیدی در مورد نحوه اعمال قوانین تشکیل ستاره در دیگر کهکشان‌ها می‌آموزد.

چه موانعی وجود دارد؟

گینزبورگ می‌گوید: رقابت زیادی بر سر جیمز وب وجود دارد و شاید بتوان گفت که بالاترین نرخ اشتراک در میان تلسکوپ‌های ساخته شده را دارد. اخترشناسان زمان بسیار بیشتری برای استفاده از آن نسبت به زمانی که موجود است، می‌خواهند.

هنگامی که اخترشناسان پیشنهادی برای استفاده از جیمز وب ارائه می‌کنند، گروهی از کارشناسان برای ارزیابی علم مربوطه تشکیل جلسه می‌دهند. با این حال، قوانینی وجود دارد که می‌گوید اگر این افراد از آن پیشنهاد سودی ببرند یا جزو پیشنهاد دهندگان باشند نمی‌توانند پیشنهاد را ارزیابی کنند.

این مشکلی را برای جامعه‌ای که مرکز کهکشانی را مطالعه می‌کند، ایجاد می‌کند، زیرا تقریبا همه ستاره‌شناسانی که این منطقه را مطالعه می‌کنند می‌خواهند در برنامه نقشه‌برداری مرکز کهکشانی جیمز وب شرکت کنند.

با توجه به این امر، هیچ کس با دانش به خصوص مورد نیاز در مورد این موضوع برای بررسی منصفانه پیشنهاد باقی نمی‌ماند.

گینزبورگ می‌گوید بنابراین مهم بود که به جامعه نجوم نشان داده شود که اجماع گسترده‌ای در مورد نیاز به چنین بررسی وجود دارد.

مرکز کهکشانی کهکشان راه شیری تنها هسته کهکشانی است که ما می‌توانیم هر ستاره را به صورت مجزا در آن مشاهده کنیم. هرچه بیشتر در مورد کهکشان خود بیاموزیم، بیشتر در مورد نحوه تکامل کهکشان‌های دیگر در سراسر کیهان خواهیم آموخت.

منبع: ایسنا