سفر به دشت‌های سرد کهکشان

Julia Short
برگردان: احسان سنایی

در فضا باد نمی‌آید، اما توده‌های غبارین سرد و غول‌پیکر، از میان قرص کهکشان‌مان همانند پرده‌های پرنقش و رقصان، به سیاهی بی‌پایان فضا کشیده شده‌اند. آنچه می‌بینیم را باد و یا هرگونه عامل آشنای دیگری نساخته؛ بلکه محصول کشمکش بی‌واسطه‌ی نیروهایی است که روزگاری دور از تکه ابری آشفته و سرگردان، راه شیری‌مان را طرح زدند. این روزها، کاوشگر تازه‌کار امواج ریزموج سازمان فضایی اروپا؛ موسوم به «پلانک»، از جزئیات نادیده‌ و فراوان این دشت‌های سرد و غبارآلود فراکهکشانی، برایمان گفته است.

تصویری تلفیقی؛ شامل دو تصویر از گستره‌ی پربسامد حسگرهای پلانک (545 و 857 گیگاهرتز)؛ و نیز تصویری با طول موج 100 میکرومتر از آرشیو ماهواره‌ی بازنشسته‌ی IRAS. تصویر داخلی نیز، یک شیرخوارگاه ستاره‌ای را در طول موج مادون قرمز از دید تلسکوپ فضایی هرشل نشان می‌دهد. توضیحات بیشتر، در متن آمده است / ESA/HFI Consortium/IRAS

این تصاویر از زمره فرآورده‌های پژوهشی مأموریتی است که هدف نهایی‌اش تهیه‌ی بهترین و دقیق‌ترین نقشه‌ی سراسری نخستین نور منتشره در عالم است. پلانک، که به‌همراه تلسکوپ فضایی مادون قرمز «هرشل» از پایگاه پرتاب‌های موشکی «کورو» در گویان فرانسه، سوار بر موشک فوق‌سنگین آریان- ۵ آسمان شامگاه چهاردهم می ۲۰۰۹ را شکافت، هم‌اکنون در فاصله‌ی ۱.۵ میلیون کیلومتری زمین مستقر است. شش هفته طول کشید تا ابزارآلات این فضاپیمای منحصربفرد، تا دمای ۰.۱ درجه بالاتر از صفر مطلق سرد شوند و پلانک، رکورد سردترین جسم سراسر گیتی را به نام خود ثبت کند.

شماری از ابزارآلات محوری این فضاپیما، به سرپرستی مرکز اخترفیزیک «جودرل‌بنک»، وابسته به دانشگاه منچستر انگلستان ساخته شده است و از‌این‌رو ستاره‌شناسان منچستر هم‌اکنون نقش مهمی را در آنالیز داده‌های خام پلانک ایفا می‌کنند. پروفسور «ریچارد دیویس» از مرکز جودرل‌بنک می‌گوید: «این‌ تصاویر، به‌طرز خارق‌العاده‌ای دقیق‌اند و آسمان را در طول موجی که تاکنون هیچ پژوهشی در آن گستره انجام نشده بود، به تصویر می‌کشند. هدف اصلی‌مان از – پرتاب – پلانک، مشاهده‌ی «تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی»¹ است؛ همان درخشش محو انفجار بزرگ.

با این حال امواجی که منشأ کهکشانی داشته و اصطلاحاً «پیش‌زمینه» خوانده می‌شوند، تا حدی از توان‌مان در انجام این کار کاسته‌اند. زمانی‌که تصاویر فرکانس‌بالا با تصاویر فرکانس‌پایین را تلفیق می‌کنیم؛ یعنی همان تصاویری که همینجا، در جودرل‌بنک تهیه می‌شود‌؛ آنگاه خواهیم توانست پیش‌زمینه‌ها را به‌دقت جدا کنیم. در نتیجه نه‌تنها می‌توانیم اندازه‌گیری‌های فوق‌العاده دقیقی از تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی صورت دهیم؛ که همه‌نوع اطلاعاتی از فرآیندهای دخیل در کهکشان‌مان را نیز به دست خواهیم آورد».

دکتر «کلایو دیکینسون» نیز از دانشگاه منچستر اینچنین می‌گوید:

«این تصاویر چندفرکانسی تهیه شده توسط پلانک، انقلابی را در درک‌مان از آسمان در طول‌موج‌های رادیویی و زیرمیلیمتری به‌وجود خواهد آورد. من از ساختارهای زیبایی که این‌ تصاویر آشکارشان کرده‌اند، در شگفتم. اغلب تهیه‌ی تصاویر رادیویی با چنین گستره‌ی وسیعی از مقیاس‌ها و درخشندگی‌ها، دشوار است؛ اما این نتایج به‌دست‌آمده از پلانک، به همان‌ اندازه مطلوب‌اند که تاکنون از تلسکوپ‌های فعال در دیگر طول‌موج‌ها دیده‌ بودم».

هرچند هدف اصلی پرتاب پلانک، همان‌گونه که پیش‌تر اشاره رفت، نقشه‌برداری از تابش CMB و در نتیجه انجام دقیق‌ترین برآورد از پارامترهایی چون ابعاد، جرم، سن، ترکیب، شکل و سرنوشت جهان ماست؛ اما در همین حین، داده‌های گرانبهایی را در اختیار متخصصین فعال در گستره‌ی وسیعی از دیگر پژوهش‌های اخترفیزیکی نیز قرار خواهد داد. این امر را به‌روشنی در خصوص تصاویر تازه‌انتشار‌یافته از غبار سرد پیرامون کهکشان‌مان که به پرده‌برداری از ساختارهای بزرگ‌مقیاس ساکن در محیط میان‌ستاره‌ای انجامیده، می‌توان دید.

از جمله دیگر قابلیت‌های درخشان پلانک، توان محاسبه‌ی دمای ذرات غباری² و تعیین مکان سردترین تجمعات غبارین مستقر درون کهشان‌مان است؛ تجمعاتی که به احتمال زیاد آغاز حیات یک ستاره را رقم می‌زنند.
تصویر نخست این مقاله، نحوه‌ی اندازه‌گیری دما توسط پلانک را به‌خوبی نشان می‌دهد. دمای نواحی قرمزرنگ، در حدود ۱۲ درجه و نواحی سفیدرنگ - که هم‌اکنون فرآیند ستاره‌سازی درون‌شان در جریان است - حدوداً چندده درجه بالاتر از صفر مطلق است (صفر مطلق، معادل -۲۷۳ درجه‌ی سانتیگراد می‌باشد).

با تراکم فزاینده‌ی این توده‌ها طی گذشت زمان، نواحی درونی‌تر از نور و دیگر تشعشعات محیط پیرامون‌شان – که موجب پراکندگی مجدد توده می‌شود – در امان می‌مانند. این امر، سردسازی را شتاب بخشیده و ابر غبارین هرچه سریع‌تر انقباض می‌یابد. اینچنین اولین گام‌های تولد یک ستاره از درون ابرهای آشفته‌ی میان‌ستاره‌ای، برداشته می‌شود. چشمان پلانک، در شناسایی اجتماعات نام‌برده در سرتاسر آسمان، از دیگر تلسکو‌پ‌ها برتری داشته و اطلاعات تعیین‌کننده‌ای را از دمای‌شان در اختیارمان قرار می‌دهد.

«ژان تاوبر»؛ از دانشمندان پروژه‌ی پلانک، می‌گوید: «هنوز آن چیزی که بدین ساختارها شکل می‌بخشد را به‌درستی نشناخته‌ایم». اجزای متراکم‌تر این توده‌های غول‌آسا، «ابرهای مولکولی» و اجزای رقیق‌تر «سیروس» نامیده می‌شوند که دومین نام، به پاره‌ابرهای پرارتفاع و پَرمانند پراکنده در آسمان صبحگاهی اشاره دارد. با این وجود، هر دو دسته از جنس گاز و غبارند؛ هرچند آنچه در این تصاویر به‌چشم می‌خورد، فقط غبار است و گاز را مستقیماً نمی‌توان به تصویر کشید. الگوهای رشته‌مانند ابرهای مولکولی و سیروس‌ها، تحت تأثیر نیروهای فراوانی به‌وجود می‌آید.

مثلاً در مقیاس‌های بزرگ، کهکشان‌مان به گرد خود می‌چرخد و الگوهای مارپیچی از جنس ستارگان و گاز و غبار را میان قرص خود ایجاد می‌کند. نیروی گرانش، این توده‌ها را به‌سوی هم می‌کشد و تشعشعات و فوران‌های ستارگان نوباوه در مقیاس کوچکتر، از بیرون آنان را فشرده تر می‌سازد. تأثیرات میدان‌های مغناطیسی نیز در این میان قابل چشم‌پوشی نیست؛ هرچند از شدتش هیچ اطلاعی نداریم.

طرحی از کاوشگر پلانک / ESA

فضای مابین ستارگان، خلأ مطلق نیست؛ بلکه با همین ابرهای گازی و غباری که صمیمانه به‌هم پیوسته‌اند و مجموعاً تحت عنوان «ماده‌ی میان‌ستاره‌ای» از آن‌ها نام می‌بریم، پر شده‌اند. برای آن‌که بفهمیم تصویر نخست، چه وسعتی از آسمان را پوشش داده کافی است تصور کنید ۱۱۰ ماه کامل – آنگونه که با چشم غیرمسلح در آسمان دیده می‌شود - را می‌توان در امتداد ضلع افقی آن جای داد. نوار تیره‌رنگ میانه‌ی تصویر نیز همان قرص راه شیری است که از دید ما زمینیانی که خود مستقر در آنیم، به شکل یک خط مستقیم دیده می‌شود.

مربع داخلی تصویر اول نیز، یک شیرخوارگاه ستاره‌ای را با طول ۶ قرص ماه‌ کامل نشان می‌دهد که اخیراً توسط تلسکوپ فضایی مادون قرمز هرشل تهیه شده است³. کوچکترین ساختارهای رشته‌مانندی که در این نما دیده می‌شود، شدیداً مشابه بزرگترین رشته‌هایی است که در تصویر پلانک، اما در ابعادی بسیار بزرگتر می‌بینیم. این ارتباط دوسویه، راهنمای مناسبی برای پی بردن به سازوکارهایی است که در تشکیل ستارگان و کهکشان‌ها دخیل‌اند. دکتر «دیوید کلمنتز» از کالج سلطنتی انگلستان می‌گوید:

«تصاویر جدید و شگفت‌آور پلانک، به‌وضوح توان این کاوشگر در آشکارسازی رازهای کیهان را نشان می‌دهد. ما همیشه می‌دانسته‌ایم همچنان‌که لایه‌های این پیاز کیهانی ‌را جدا می‌کنیم تا در نهایت به تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی برسیم، انبوهی از اطلاعات به دست می‌آید و این نتایج نشان می‌دهند که در کهکشان خودمان چه در حال وقوع است. چیزی که هنوز به‌درستی متوجه‌اش نبودم این بود که تصاویر پلانک از CMB، چقدر زیبا خواهد بود!»

پانوشت:

۱- ر.ک. «دنیای پرآشوب کوانتوم»

۳- ر.ک. «نگاهی به شیرخوارگاه آشوبناک ستارگان»