فرار به‌ناگاه، از قلب کهکشان

Donna Weaver
برگردان: احسان سنایی

یکصد میلیون سال پیش، سامانه‌ای سه‌گانه از ستارگان، سفرش را به قلب پرهیاهوی راه شیری شروع کرد و همین، اشتباهی بزرگ و نابخشودنی به قیمت جان‌اش بود. هر سه ستاره، به‌‌سرعت تا چندقدمی قلمروی پرآشوب ابرسیاهچاله‌ی مرکزی کهکشان‌مان رفتند و شوربختانه یکی به کام سیری‌ناپذیر این غول کشیده شد؛ حال‌آنکه دیگر دو ستاره به فراسوی مرزهای کهکشان پرتاب شدند. حال این قصه را با برخورد و درهم‌تنیدن دو ستاره‌ی رهسپار و تبدیل‌شان به تک‌ستاره‌ای فراآتشین و داغ، به پایان برید.

این قصه، به‌نظر علمی - تخیلی‌ست؛ اما ستاره‌شناسان با بهره‌گیری از تلسکوپ فضایی هابل، چنین سناریوی دور از باوری را محتمل‌ترین سرگذشت «ستاره‌ی ابرپرسرعت» HE 0437-5439 می‌دانند؛ از سریع‌ترین ستارگانی که تاکنون تشخیص داده شده. این گوی آتشین، با سرعت سرسام‌آور ۲.۵ میلیون کیلومتر بر ساعت، یعنی سه برابر سرعت مداری خورشید به گرد کهکشان، در فضا به پیش می‌رود. مشاهدات هابل، هویت این ستاره‌ی بادپا را خودی خوانده و آغازین‌نقطه‌ی مسیر کنونی‌اش را مرکز کهکشان‌مان می‌خواند. حال، حقیقتاً زیستگاه نخستین این ستاره کجا بوده است؟

اکثریت ۱۶ ستاره‌ی ابرپرسرعتی که از سال ۲۰۰۵ بدین‌سو کشف گشته‌اند؛ اصلاً تبعید‌شدگانی از حوزه‌ی مرکزی راه شیری بوده‌اند؛ اما این کشف اخیر هابل، اولین رصد بی‌واسطه و مستقیم از جزئیات ستاره‌‌ی تیزپروازی‌ست که خاستگاه‌اش، همان قلب کهکشان ماست. دکتر «وارن براون»؛ ستاره‌شناسی از مرکز اخترفیزیک هاروارد - اسمیتسونین در کمبریج انگلستان و از اعضای تیم کاشفان، در این‌زمینه چنین می‌گوید: «با یاری هابل، برای نخستین بار توانستیم از طریق محاسبه‌ی جهت حرکت ستاره در آسمان، منشأش را مشخص کنیم. حرکت‌اش، مستقیماً از سوی مرکز راه شیری‌ست. این دست از ستارگان تبعیدشده در بین جمعیت یکصدمیلیاردی کهکشان‌مان، حقیقتاً که اندک‌اند و در قبال هر یکصدمیلیون ستاره‌، یک ستاره‌ی ابرپرسرعت وجود دارد.»

شماتیک از فرار ستاره‌ی ابرپرسرعت HE 0437-5439 از کهکشان راه شیری / NASA، ESA و G. Bacon (STScI)

حرکات این ستارگان افسارگسیخته، می‌تواند که نحوه‌ی توزیع ماده‌ی تاریک پیرامون کهکشان‌مان را آشکار کند. دکتر «اولگ گی‌ندین»؛ سرپرست تیم کاوشی از دانشگاه میشیگان می‌گوید: «بررسی این ستارگان، فراهم‌آورنده‌ی مدارکی بیشتر در خصوص ماهیت بخشی از جرم نادیده‌ی جهان‌مان است و همین، به ستاره‌شناسان در درک بهتر فرآیندهای تشکیل کهکشان، کمک می‌کند. کشش گرانشی ماده‌ی تاریک، از طریق شکل مسیر ستارگان ابرپرسرعت واقع در فراسوی راه شیری محاسبه می‌گردد.»

ستاره‌ی مطرود، هم‌اکنون در حومه‌ی دوردست راه شیری و بالاتر از صفحه‌ی کهکشان با حدود ۲۰۰هزار سال نوری فاصله از مرکز، در گذر است. در مقام قیاس، قطر صفحه‌ی کهکشان‌مان فقط در حدود یکصدهزار سال نوری‌ست. تیم براون و گی‌ندین، با بهره‌گیری از چشمان تیزبین هابل در اندازه‌گیری سرعت پرتابی که ستاره را امروزه به چنین جایگاهی در فضا رسانده، موفق شدند از جهت حرکت ستاره‌ی فراری و نیز تعیین مرکز راه شیری به‌عنوان مبدأ این حرکت؛ پرده بردارند. براون که در سال ۲۰۰۵ با کشف نخستین ستاره‌ی ابرپرسرعت، لقب شکارچی این اجرام را یدک می‌کشد، در شرح بیشتر این کشف ادامه می‌دهد:

«این ستاره با سرعتی مضحک در حرکت است؛ دو برابر سرعتی که ستاره برای فرار از میدان گرانشی کهکشان بدان نیاز دارد. هیچ ستاره‌ای نیست که در شرایط عادی، اینچنین سریع باشد – پس حادثه‌ی شگفتی به وقوع پیوسته.»

در این بین اما چیستان دیگری نیز خود نموده. بر اساس سرعت و جایگاه HE 0437-5439، این ستاره‌ بایستی‌که دست‌کم یکصدمیلیون سال داشته باشد تا که مبدأش هم‌پیوند با هسته‌ی راه شیری شود. اما جرم این ستاره که ۹ برابر خورشید ماست و رنگ آبی آن،¹ همه گویای سن ظاهراً ۲۰ میلیون ساله‌اش‌اند! سنی شدیداً کمتر از مجال موجود برای رسیدن به منزلگاه فعلی. محتمل‌ترین توضیح رنگ آبی و سرعت شدید این ستاره این است که بایستی روزگاری دور، عضوی از سامانه‌ی ستاره‌ای سه‌گانه‌ای بوده که در بازی نابرابر بیلیاردی با سیاهچاله‌ی هیولای خفته در قلب کهکشان، مغلوب گرانش بی‌حد آن شده است. چنین ذهنیتی در شرح سرعت گریز ستارگان، برای نخستین بار در سال ۱۹۸۸ ارائه شد. این نظریه، پیش‌بینی می‌کند که سیاهچاله‌ی راه شیری بایستی‌که هر یکصدهزار سال، یک ستاره را به بیرون پرتاب کند.

براون اعتقاد دارد که سامانه‌ی سه‌گانه‌ی ستاره‌ای، متشکل از جفت ستارگانی بوده که در مداری شدیداً نزدیک، به گرد هم می‌گشته‌اند و سومین عضو منزوی‌تر نیز در بند گرانشی با کل سامانه بوده است. سیاهچاله، سومین ستاره را از این مجموعه به بیرون کشیده است و در این بین، تکانه‌ی این عضو محکوم به مرگ به دیگر دو ستاره منتقل گشته و همین امر آنها را تا سرعت فرار از کهکشان‌مان شتاب بخشیده.

هنگامی‌که این دو به بیرون پرتاب می‌شده‌اند، همان مراحل معمول حیات‌شان را نیز سپری می‌کرده‌اند تا آنکه عضو سنگین‌تر، سوخت درون‌اش را با سرعت بیشتری مصرف نموده و در نهایت به یک غول سر² بدل می‌شود. پوسته‌ی آماسیده‌ی این غول، حال به همسایه می‌رسد و هر دو چون گرداب آتشین به گرد هم می‌گردند تا که درنهایت به ابرستاره‌ای آتشین و آبی‌رنگ ختم شوند. به این نوع از ستارگان نوزاد که بر خلاف سن کهن‌شان، ظاهری کاملاً جوان و آبی‌فام دارند، «آوارگان آبی» اطلاق می‌شود. براون در ادامه می‌افزاید:

تصویری از ستاره‌ی HE 0437-5439 از دید چشمان تلسکوپ فضایی هابل / NASA / STScI

«هرچند قصه‌ی آواره‌ی آبی ما عجیب به‌نظر می‌رسد، اما آن را در همین راه شیری خودمان می‌بینید و اکثریت ستارگان هم در سامانه‌های چندتایی‌اند.»

سن این ستاره‌ی آواره از آغاز کشف‌اش در سال ۲۰۰۵ طی نقشه‌برداری آسمان توسط رصدخانه‌ی جنوبی اروپا؛ ستاره‌شناسان را گیج کرده بود. آنان برای حل این چیستان، دو احتمال مطرح کرده بودند. یک آنکه این در حقیقت از دست همان آوارگان آبی‌ست و دیگر آنکه شاید از دست یکی از ریزکهکشانه‌‌های اقماری راه‌شیری، یعنی «ابر ماژلانی بزرگ» فرار کرده باشد.

در سال ۲۰۰۸ بود که تیمی از ستاره‌شناسان، به حل این مسأله گمان بردند. آن‌ها پی به تطابقاتی میان ساختار شیمیایی ستاره‌ی ابرپرسرعت و ویژگی‌های ساختاری ستارگان ابر ماژلانی بزرگ برده بودند. وضعیت سرگردان ستاره در فضا نیز که تنها ۶۵هزار سال نوری از همدم کوچکترمان؛ ابر ماژلانی بزرگ، فاصله داشت، از صحت این مدعا خبر می‌داد.

اما مشاهدات جدید هابل، سایه‌ی شبهاتی جدید را بر هویت زادگاه این ستاره افکند. ستاره‌شناسان، با کمک چشمان تیزبین «دوربین پیشرفته‌ی نقشه‌برداری هابل» (ACS)، دو رصد مجزا از معبر این ستاره با وقفه‌ی زمانی سه سال و نیمه صورت دادند. دکتر «جی اندرسون»، عضو این تیم از «مؤسسه‌ی علمی تلسکوپ فضایی» (STScI) در بالتیمور مریلند، روشی معمول را به‌منظور تعیین جایگاه ستاره نسبت به ۱۱ کهکشان پس‌زمینه‌ی تصویر، به‌عنوان مرجعی ثابت به کار بست. وی هر دو مجموعه از تصاویر به‌دست‌آمده را که طی سال‌های ۲۰۰۶ و ۲۰۰۹ تهیه شده بودند، مقایسه کرد و اینچنین به سرعت ستاره پی برد. ستاره، به‌نظر حرکت داشت؛ اما فقط ۰.۰۴ پیسکل در بین ستارگان پس‌زمینه. وی می‌گوید: «هابل در انجام چنین نوع از محاسباتی، برتری دارد. انجام چنین رصدی از روی زمین، امری چالش‌برانگیز است.»

براون که ۱۴ عدد از ۱۶ ستاره‌ی ابرپرسرعت شناخته‌شده را خود کشف کرده، می‌گوید: «ما درصدد تشخیص ستارگان پرجرمی چون HE 0437-5439 هستیم. این ستارگان نمی‌توانند آن‌قدر عمر کنند که به حومه‌ی دوردست راه شیری برسند؛ از این‌رو انتظار هم نداریم آن‌ها را در چنین نقاطی ببینیم. تجمع ستارگان در نواحی بیرونی‌تر، به مراتب کمتر از هسته است و پس ما شانس بهتری برای کشف این اجرام نامتعارف داریم.»

نتایج این کشف، در قالب مقاله‌ای که سرپرستی نویسندگان‌اش را براون عهده‌دار بوده؛ در بیستم ژولای سال جاری، بصورت آنلاین در نشریه‌ی Astrophysical Journal Letters انتشار یافت.

طرحی از مراحل ایجاد ستاره‌ی ابرپرسرعت HE 0437-5439 / NASA، ESA و A. Field (STScI)

پانوشت:

1- جرم و رنگ ستارگان از زمره مؤلفه‌های تعیین‌کننده‌ی سن آن ستاره‌اند. رنگ ستارگان جوان‌تر، متمایل به آبی‌ست و هرچه ستاره پیرتر شود، افت انرژی خروجی، آن را قرمز و قرمزتر می‌کند. هرچه ستاره پرجرم‌تر باشد نیز، سوخت درونی‌اش را به‌واسطه‌ی فشار گرانشی بیشتر مصرف نموده و در نتیجه عمر کوتاه‌تری دارد.

2- تمامی ستارگان متعارف، پس از مصرف سوخت هیدروژنی‌شان، طی برهه‌ی زمانی کوتاهی بر روی خود فرومی‌ریزند که همین باعث افزایش سرسام‌آور دمای نواحی پیرامون هسته گشته و عناصر سنگین‌تر از هیدروژن، با شروع از هلیوم تا غالباً سیلیسیم، پله‌پله در فرآیند گداخت هسته‌ای شرکت می‌کنند و گرمای حاصل از همین امر، لایه‌های فوقانی ستاره را چنان منبسط می‌کند که از آن پس، آن را «غول سرخ» می‌نامند.

منبع: Hubble Portal