حل اسرار قلب کهکشان راه شیری توسط تلسکوپ جیمز وب

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

به گزارش ایسنا به نقل از اسپیس، از هنگامی که ستاره شناسان برای اولین بار به بازوهای مارپیچی درخشان کهکشان ما نگاه کردند، به این فکر افتادند که چه فرآیندهایی امکان دارد باعث تکامل این ساختارهای عظیم و ستاره دار شده باشد.

احتمال دارد که همین فرآیندها باعث شده باشد که ما شاهد چنین تنوع خیره کننده ای از نواحی کهکشانی در جهان قابل مرئی باشیم که شامل حدود دو هزار میلیارد کهکشان با اندازه ها، شکل ها و ترکیبات منحصر به فرد است.

بنابراین، در تلاش برای افزایش درکمان از تکامل کهکشان ها، بیش از ۱۰۰ ستاره شناس از بیش از ۸۰ مؤسسه در سراسر جهان خواستار وقت رصدی با تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) برای انجام یک بررسی چند دوره ای در منطقه ای بزرگ با چند طول موج از داخلی ترین مناطق کهکشان راه شیری شدند.

رمزگشایی پویایی شناسی قلب کهکشان راه شیری یا مرکز کهکشانی (GC)، باید آنچه را که در بسیاری از کهکشان های دیگر جهان ما اتفاق می افتد، 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 می خواهند بدانند که سیاه چاله ی عظیمی که در مرکز کهکشان ما به نام کمان ای* (Sagittarius A*) قرار دارد، چه نقشی در تکامل آن بازی می کند؟ چرا شکل گیری ستاره کهکشان ما در ابرهای مولکولی سرد و تاریک منطقه کندتر از آن چیزی است که باید باشد؟ خوشه های ستاره ای مرکزی کهکشان ما در وهله اول چگونه پدیدار می شوند؟

چرا جیمز وب؟

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

به گفته گینزبورگ، مرکز کهکشانی پر از ستاره است. در واقع ستارگان آن قدر متراکم هستند که تلسکوپ های کوچک تر برای تشخیص یک ستاره از ستاره دیگر به سختی تلاش می کنند. بعلاوه، 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 می کند، زیرا تلسکوپ بزرگی است، وضوح عالی دارد و میتواند ستاره ها را به خوبی از یکدیگر مجزا کند. و از آنجا که در نور مادون قرمز رصد می کند، می تواند 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 می دهد طیف های نور مادون قرمز را به طول موج های ساطع شده از مواد خاص جدا کنند، این رصدخانه را به طور منحصربه فردی قادر می سازد تا از میان این مناطق متراکم غبار به درون ساختار نگاه کند.

با چشم غیرمسلح، این مناطق فقط مانند حفره های تاریک بنظر می رسند، زیرا ما تنها می توانیم طول موج های نور مرئی را ببینیم که توسط پوشش های غبار مسدود شده است. با این حال، طول موج های فروسرخ می توانند از غبار عبور کنند و در نهایت به آشکارسازهای جیمز وب برسند.

جیمز وب همچنین قادر به رصد در طول موج های بلندتر نور فروسرخ (Infrared) است که از آن برای مشاهده کهکشان ها در کیهان اولیه استفاده می کند. نور این کهکشان ها به دلیل انبساط مداوم جهان دچار انتقال سرخ شده است. در انتقال سرخ امواج نور به سمت انتهای قرمز طیف الکترومغناطیسی که طول موج های بلندتر طبقه بندی می شوند ، حرکت می کنند. این فرآیند به عنوان اثر داپلر نیز شناخته می شود. نور مادون قرمز نسبت به نور مرئی از نظر طول موج بلندتر بوده و انرژی کمتری دارد که باعث می شود برای انسان نامرئی باشد.

ولی با این حال، یک تلسکوپ نمی تواند به تنهایی کل تصویر را ثبت کند و به همین دلیل است که محققان پیشنهاد می کنند از تعدادی تلسکوپ دیگر( قدیمی و جدید) برای پشتیبانی از یافته های جیمز وب استفاده شود.

براساس این مقاله، از آرایه میلی متری بزرگ آتاکاما (ALMA) و تلسکوپ فضایی هابل برای این بررسی استفاده شد که هر دو در حال حاضر فعال هستند و همچنین تلسکوپ های 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 دوره ای داده های مرکز کهکشانی را در فواصل زمانی یک، پنج و ۱۰ ساله جمع آوری می کند.

چه چیزی می توانیم بیاموزیم؟

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

اخترشناسان می دانند که سیاه چاله های عظیم کهکشانی مانند این، بیشتر با تغذیه از گازی که خود حفره ها را به شکل صفحه ای به نام دیسک های برافزایشی احاطه کرده است، رشد می کنند.

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

مشاهدات چند دوره ای از مرکز کهکشانی باید به اخترشناسان ایده ای از تعداد ستاره های در حال شکل گیری و بنابراین سرعت رشد کمان ای* بدهد.

سیاهچاله های فعال مقادیر زيادي تابش الکترومغناطیسی (Electromagnetic radiation) ساطع می کنند، اما کمان ای* در این جبهه نسبتا ساکت است، که نشان می دهد حجم زیادی از مواد را مصرف نمی کند. ستاره شناسان از کمان ای* بعنوان یک سیاهچاله «خاموش» یاد می کنند.

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

گینزبورگ توضیح می دهد که این بررسی می تواند به اخترشناسان کمک کند تا تخمین های بهتری از چیزی به نام تابع جرم اولیه (IMF) نیز بدست آورند، که تعداد نسبی ستارگان بزرگ و کوچکی را که تشکیل میشوند، نشان می دهد. این تابع به اخترشناسان می گوید که جمعیت ستارگان چقدر نور تولید می کنند. این موضوع در مطالعه کهکشان های بسیار دور برای ستاره شناسان برای دیدن ستاره های منفرد مهم است.

با این حال، اندازه گیری تابع جرم اولیه دشوار است زیرا درخشان ترین ستارگان در مدت زمان بسیار کوتاهی به ابرنواختر تبدیل میشوند و بنابراین آن ها برای اندازه‌گیری به اندازه کافی در فضا نمی مانند. مرکز کهکشانی به ما فرصت خوبی برای غلبه بر این مشکل می دهد، زیرا متشکل از ستارگان بسیاری با همه جرم هاست.

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 کهکشان ها می آموزد.

چه موانعی وجود دارد؟

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

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

این مشکلی را برای جامعه ای که مرکز کهکشانی را مطالعه می کند، ایجاد می کند، زیرا تقریباً همه ستاره شناسانی که این منطقه را مطالعه می کنند می خواهند در برنامه نقشه برداری مرکز کهکشانی جیمز وب شرکت کنند.

با توجه به این امر، هیچ کس با دانش به خصوص موردنیاز در مورد این موضوع برای بررسی منصفانه پیشنهاد باقی نمی ماند.

گینزبورگ می گوید بنابراین مهم بود که به جامعه نجوم نشان داده شود که اجماع گسترده ای در مورد مورد نیاز به چنین بررسی وجود دارد.

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