رمزشکنی از راز روزهای نخستین کهکشان

احسان سنایی

انگار جهان را ریسه بسته‌اند. این را از شبیه‌سازی‌های ابرکامپیوتری جهان بزرگ‌مقیاسمان می‌توان فهمید. در این جشن باشکوهی که بیکرانه‌های کائنات، غرق در نور و رنگ رشته‌‌های پرشماری از چراغ‌های رخشنده‌‌ای به نام کهکشان‌هاست؛ بشر از قلب یک چراغ ریز و آشنا، به دنبال راز شور ماورای این جشن پرشکوه است: کهکشان‌ها از چه زاده شدند؟

طبیعتاً ما قادر به تصویربرداری راه شیری از بیرون نیستیم؛ اما می‌توان به همسایگان مشابهمان نگریست و شکل کهکشان خودمان را متصور شد. این تصویر، کهکشان NGC891 را نشان می‌دهد که کهکشانی از پهلوست. همان‌طور که مشهود است، ناحیه مرکزی این کهکشان، میزبان برآمدگی بارزی است که در کهکشان ما نیز موجود است. عکس از: کریس رودگرز و اندی مونسون

گرد هر کهکشان این جهان، جمعیتی از توده‌های سرگردان از ستارگان پرشمار پراکنده است؛ توده‌هایی هم‌چون حشرات ریز و پرجنب‌وجوشی که انگار در انبوه سیاهی بی‌پایان جهان، چراغی دیده‌ و به دورش پرواز می‌کنند.

این توده‌ها را «خوشه‌های کروی» می‌نامیم؛ اجتماع آشوبناک و شگفت‌آوری از صدها‌هزار ستاره پیر و فرتوت که روزگاری از فشردگی توده‌های عظیمی از جنس گاز‌های نخستین جهان پدید آمدند و از این‌رو به نوعی می‌توان آن‌ها را کهن‌ترین سنگ‌بناهای کیهان نامید.

خوشه‌های کروی، شکار مطلوبی برای رصدگران تازه‌کارند، چراکه آن‌ها را به آسانی می‌توان از ظاهر محو و گوی‌مانندشان پشت چشمی تلسکوپ‌های کوچک شناخت؛ اما اخترشناسان حرفه‌ای نیز به این اجرام مرموز کهکشان ما علاقه‌مندند؛ چراکه خوشه‌های کروی نه صرفاً یک توده فشرده از ستارگان، که قدیمی‌ترین اجزای کهکشان ما نیز هستند و می‌توان از ویژگی‌های خاص‌شان، طوماری از تاریخچه تشکیل و تکوین کهکشان ما را بیرون کشید.

چندی پیش، گروهی از ستاره‌شناسان به کمک رصدخانه‌های غول‌پیکر کک (Keck) و VLT، یکی از این حشرات ریز و دورافتاده اما باارزش پیرامون کهکشان ما را زیر ذره‌بین خود قرار داده و دریافتند این خوشه میزبان دو دسته از ستارگان کاملاً مختلف است. اما اگر این اجرام در یک زمان تشکیل شده‌اند، این کشف چه معنایی می‌تواند داشته باشد؟

قلمرو خوشه‌های کروی، فضای گرداگرد ناحیه‌ای موسوم به «تورم مرکزی» کهکشان راه شیری است که یکی از سه بخش اصلی این کهکشان را شامل می‌شود:

قرص، تورم مرکزی و هاله. ما در قرص کهکشان جای گرفته‌ایم و نوار شبح‌گون و شیری‌رنگی که در آسمان‌های تاریک از افق تا افق امتداد یافته نیز همان قرص کهکشان است؛ اما جایی میان این نوار مه‌آلود که معاین نقطه استقرار مرکز کهکشان ماست، ضخامتی غیرعادی مشاهده می‌شود که همان برآمدگی مرکزی راه شیری است و از دید یک ناظر زمینی، اکثر خوشه های کروی به گرد این نقطه از آسمان می‌چرخند.

تصویری از خوشه کروی ترزان-5 از نگاه چشمان مادون قرمز تلسکوپ غول‌پیکر VLT / رصدخانه‌های جنوبی اروپا

خوشه‌ای که نگاه کنجکاو دانشمندان را این‌بار به خود معطوف داشت؛ «ترزان- ۵» نام دارد و ظاهراً حاوی دو دسته از ستارگان است: دسته اول، ستارگان درخشان که در مرکز خوشه متمرکزند و دسته دیگر، ستارگان کم‌نورتر که در نواحی پیرامون مرکز پراکنده‌اند.

مطالعات طیف‌سنجی تلسکوپ دوم رصدخانه دوقلوی کک نشان داد که میزان فلزیت¹ ستارگان پرنورتر این خوشه، در حدود سه برابر ستارگان کم‌نورتر است؛ بخصوص در عناصری چون آهن که فقط در جریان انفجارهای مهیب پایان عمر ستارگان پرجرم تشکیل می‌شوند.

دانشمندان، تشخیص این ویژگی منحصر بفرد ترزان-۵ را همچون کشف یک گنجینه در زیر خروارها خاک می‌دانند. تا پیش از این، تنها خوشه‌ای که دو دسته از ستارگان را با ترکیبات شیمیایی متفاوت به میزبانی گرفته بود، پرنورترین خوشه کروی آسمان یعنی «خوشه اومگا» بود.

اما مورد عجیب ترزان-۵ این است که فلزیت مسن‌ترین ستارگان از خانواده این خوشه، مشابه پرفلزترین ستارگان موجود در قسمت برآمدگی مرکزی راه شیری است. این، خود گویای ریشه مشترک این دو بخش از کهکشان ماست. از میان ۱۵۰ خوشه راه شیری، تنها ترزان-5 است که چنین ویژگی خاصی را داراست.

پس می‌توان نتیجه گرفت که برآمدگی مرکزی کهکشان ما، حاصل برخورد و ادغام خوشه‌های کروی مجزایی از جمله ترزان-۵ بوده است.

مدل‌سازی‌ ارتباط مابین فلزیت و سن ستارگان نشان می‌داد که ترزان-۵، بر خلاف دیگر خوشه‌های کروی، علاوه بر آن نخستین روزهای تولدش در ۱۲ میلیارد سال پیش، در حدود 6 میلیارد سال پیش نیز مرحله ستاره‌سازی سهمگینی را تجربه کرده است.

نمای مسحورکننده بخشی از خوشه کروی اومگا از نگاه دوربین جدید تلسکوپ فضایی هابل / STScI

طبق این مدل‌سازی‌ها، ستارگان پرفلز موجود در خوشه، میراث مرگ ستارگان اولیه‌اند که با انفجار آنها، فرآورده‌های فلزی کارخانه هسته‌ای‌شان به فضا پخش شده و از همین چاشنی سنگین، ستارگان نسل دوم پدید آمده‌اند.

اما گرانش یک خوشه کروی ساده، قادر به جمع‌آوری و کنترل این چاشنی سنگین و غنی از فلزات نیست؛ پس خوشه سنگین‌وزن ترزان-۵ نیز خود احتمالاً پاره‌ای از یک کهکشان کوتوله بوده است که به راه شیری برخورد کرده و در حین برخورد، خوشه‌هایی چون ترزان-۵ را در محیط مرکزی کهکشان ما پراکنده ساخته که نهایتاً با اجماع این خوشه‌ها، برآمدگی مرکزی بوجود آمده است.

پس اصولاً بایستی خوشه‌های منفرد و مشابه بیشتری را در مناطق مرکزی راه شیری دید؛ مناطقی که پر از غبار میان‌ستاره‌ای است و نفوذ به این دیوار سرسخت، نیازمند تلسکوپ‌های حساس مادون‌قرمز است.

مطمئناً ترزان-۵، نخستین پله از راه طولانی درک تاریخچه کهکشان ماست. اسرار این رقص مرگ کیهانی و آرامش امروز کهکشان ما را در مناطق مرکزی آن نوشته‌اند و نفوذ به قلمرو پرآشوب و وهم‌ناک قلب راه ‌شیری، نیازمند تجهیز به چشمان پیشرفته مادون قرمز است؛ چشمانی که در آینده‌ای نزدیک، بشر آن‌ها را به خدمت خواهد گرفت: تلسکوپ‌های غول‌پیکر مادون قرمز.

پاورقی:

۱- در علم ستاره‌شناسی، به عناصر سنگین‌تر از هیدروژن و هلیوم، فلز گفته‌ می‌شود. میزان فلزات موجود در ستارگان، تابعی از سن آن‌هاست؛ چراکه فلزات، تنها در دماهای شدید قلب یک ستاره تولید می‌شوند. نخستین ستارگان عالم از هیدروژن و هلیوم خالص تشکیل شده بودند. با مرگ این ستارگان و پراکنده ‌شدن فلزات تولید‌شده در آن‌ها در فضا، ستارگان نسل دومی که از بقایای مرگ ستارگان نسل اول تشکیل شده‌بودند، پرفلزتر شدند و این روند همچنان ادامه یافت و ستارگان نیز رفته‌رفته از فلزات بیشتری بارور می‌شدند. پس هر چه فلزات ساختار یک ستاره بیشتر باشد، آن ستاره جوان‌تر است.