اما برای ستارهشناسان، گرد و غبار میانستارهای اغلب مانعی است برای دیدن اجرام دوردست. با این حال، مشاهدات جدید تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) از یک کهکشان دوردست، در حال تغییر این نگاه است. این رصدخانه حساس به فروسرخ، به دانشمندان امکان داده تا از گرد و غبار برای درک سیر تحول کهکشانهای اولیه استفاده کنند. افزون بر این، ویژگی خاصی در گرد و غبار یخی آن کهکشان کشف شده که نشان میدهد این ماده میتواند مشابه موادی باشد که منظومه شمسی ما را شکل دادهاند.
نام این کهکشان SSTXFLS J172458.3+591545 است و در فاصلهای حدود ۵ میلیارد سال نوری از ما قرار دارد؛ به عبارتی، ما آن را همانگونه میبینیم که در زمانی بوده که منظومه شمسیمان تازه شروع به شکلگیری کرده بود.
در این کهکشان، مولکولهایی در حالت جامد مانند یخ دیاکسید کربن، یخ مونوکسید کربن و یخ آب روی دانههای گرد و غبار دیده شدهاند. این ترکیب تقریباً همان چیزی است که در همسایگی کهکشانی خودمان میبینیم و به اخترشناسان کمک میکند تا شرایط فراتر از محیط محلیمان را بهتر بشناسند.
آنا ساجینا (Anna Sajina)، اخترشناس دانشگاه تافتس، میگوید:
«اگر ویژگیهای گرد و غبار در کهکشانهای دور مانند کهکشان راه شیری باشد، پس انتظار داریم سیارات آنها نیز ویژگیهای مشابهی داشته باشند. بنابراین، اگر پنج میلیارد سال پیش سیارههایی در این کهکشانها شکل گرفته باشند، مواد اولیهای مشابه منظومه شمسی ما در اختیار داشتهاند.»
درک نقش گرد و غبار
ساجینا که سرپرستی تیمی را بر عهده دارد که با JWST این کهکشان را مطالعه کرده، روی نواحی غبارآلود کهکشان تمرکز دارد؛ جایی که تشکیل ستاره و سیاهچاله از دید پنهان شده است. هر دو فرایند برای تحول کهکشانها حیاتیاند. تولد ستارهها گاز و غبار کهکشان را مصرف میکند و آن را پر از نور و گرما میسازد. سیاهچالهها نیز معمولاً در مرکز کهکشانها شکل میگیرند و هنوز معلوم نیست دقیقاً چگونه و در چه مرحلهای در روند تحول کهکشانها به وجود میآیند.
تلسکوپ فضایی اسپیتزر ناسا، که به طولموجهای فروسرخ حساس است، مرکز کهکشان را رصد کرده و ابرهای غباری را نشان میدهد که توسط ستارگان جوان روشن شدهاند.
اکنون، تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) میتواند ابزار طیفنگار فروسرخ خود (MIRI) را روی ابرهای غباری دوردست متمرکز کند تا ترکیبات آنها را بررسی کند.
با سپاس از ناسا / آزمایشگاه پیشرانش جت کلتک (JPL-Caltech).
گرد و غبار کهکشانی از ذرات بسیار ریزی از عناصر مانند آهن، سیلیسیم و کربن تشکیل شده است. نواحی زایش ستارگان از این ذرات و گازهای مولکولی غنی هستند. در حالی که این مواد، بذرهای تشکیل ستارهها را فراهم میکنند، دید مستقیم ما را نسبت به روند زایش ستارهها و سایر پدیدهها مسدود میکنند. این غبار همچنین نور ستارگان را جذب کرده و آن را به صورت پرتو فروسرخ بازمیتاباند؛ نوری که چشم انسان قادر به دیدن آن نیست، اما JWST میتواند آن را رصد کند.
ساجینا میگوید:
«بخش بزرگی از درک ما از تولد ستارگان به تواناییمان در اصلاح اختلال ناشی از غبار بستگی دارد. اما برای این کار، باید فرضهایی درباره ویژگیهای این غبار داشته باشیم.»
رصد و شناسایی غبار
مطالعهی غبار در کهکشانهای دور کاری دشوار و پیچیده است و چنین مشاهداتی، حتی در بیرون از کهکشان راه شیری، نادر هستند. یکی از دلایل این دشواری آن است که غبار نور مرئی را جذب میکند و مانع دیدن ما میشود. تا پیش از ظهور ابزارهای حساس به فروسرخ در فضا، تلسکوپهای زمینی باید با اختلالهای جو زمین کنار میآمدند که بر رصد فروسرخ تأثیر میگذارد. همچنین، ابزارهای محدودی برای بررسی دقیق غبار در دسترس بود، و به همین دلیل، اخترشناسان مجبور بودند فرض کنند که غبار در سایر کهکشانها شبیه به غباری است که در کهکشان خودمان میبینیم. افزون بر آن، نور اجرام بسیار دور به سمت فروسرخ کشیده میشود (پدیده انتقال به سرخ)، و همین، مطالعهی غبار را در فواصل کیهانی سختتر میکند.
تیم ساجینا اولین گروهی است که فراتر از جهان محلی ما به بررسی غبار میانستارهای در کهکشانهای اولیه پرداخته است.
او میگوید:
«جزئیات طیفیای که اکنون داریم بهقدری دقیق است که میتوانیم شیمی سطح این دانههای غبار را بهتر درک کنیم.»
این ناحیه، محل تولد پنهان ستارگان در کهکشان راهشیری است.
با سپاس از ESA/Hubble، ناسا و STScI، سی. بریت، تی. هوارد، و آ. پاگان.
غبار یخی در کهکشان SSTXFLS J172458.3+591545
یافتن ذرات غبار پوشیده از یخ در این کهکشان نشان میدهد که آن ناحیه، شامل تودههای متراکم گاز و غبار است و احتمالاً مرکز کهکشانی فشردهای در آنجا وجود دارد. یکی از دلایل مهم برای این فرضیه آن است که در هستههای فعال کهکشانی، تودههای غبار سرنخی غیرمستقیم برای شناسایی سیاهچاله مرکزی هستند. اغلب کهکشانها دارای سیاهچالهای ابرپرجرم در قلب خود هستند و تودههای غبار میتوانند در نزدیکی یا درون دیسک برافزایشی آن حرکت کنند. مطالعات فروسرخ نشان دادهاند که این غبارها همیشه بهصورت یکنواخت توزیع نشدهاند و ممکن است به شکل تودههایی متراکم گرد هم آیند.
یافتههای تیم ساجینا، نخستین شناسایی همزمان دیاکسید کربن، مونوکسید کربن و سایر یخهای غنی از غبار در کهکشانی دور و در حال تشکیل ستاره است. دادههای آنها نشان میدهد که ابزار MIRI در تلسکوپ جیمز وب، ابزاری کلیدی برای مطالعه تودههای غباری در کهکشانهای نزدیک و بسیار دور خواهد بود. این مشاهدات همچنین میتوانند جزئیات جدیدی دربارهی خود کهکشانها و روند شکلگیری ستاره و سیاره در مناطق زایش ستارهای فراهم کنند.
