آرایهی CHARA در دهه سوم خود چه شگفتیهایی از ستارگان فاش خواهد کرد؟
مرکز اخترشناسی با تفکیکپذیری زاویهای بالا در دانشگاه ایالتی جورجیا (CHARA)، که شامل یک تداخلسنج ششتلسکوپه است، در مطالعهی ستارگان عملکردی درخشان دارد.
آرایهی CHARA (مرکز اخترشناسی با تفکیکپذیری زاویهای بالا) توسط دانشگاه ایالتی جورجیا اداره میشود و در کوه ویلسون در ایالت کالیفرنیا قرار دارد. این سامانه، یک تداخلسنج نوری متشکل از شش تلسکوپ است که بهویژه در رصد ستارگان توانایی بالایی دارد.
اعتبار تصویر: دانشگاه ایالتی جورجیا.
این آرایه طی بیست سال گذشته ستارگان را رصد کرده و دستاورد آن تاکنون ۲۷۶ مقالهی علمی منتشرشده بوده است. دانشگاه ایالتی جورجیا اکنون در حال بزرگداشت این دستاوردهاست و در عین حال تأکید میکند که چگونه از یک مؤسسهی کمتر شناختهشده در عرصهی پژوهش، به دانشگاهی بزرگ و برجسته در تحقیق تبدیل شده است.
هال مکآلیستر، دانشمند GSU، نویسندهی اصلی یکی از نخستین مقالات منتشرشده بر پایه دادههای CHARA بود. او اکنون استاد ممتاز بازنشستهی اخترشناسی در همین دانشگاه است. آن مقاله به ستارهی رگولوس (در صورت فلکی اسد و یکی از درخشانترین ستارگان آسمان شب) اختصاص داشت و در آن آمده بود:
«این نخستین نتایج حاصل از آرایهی CHARA، اولین اندازهگیری تداخلی از پدیدهی تاریکی گرانشی در یک ستارهی چرخان سریع را ارائه میدهد و نیز نخستین آشکارسازی این پدیده در ستارهای است که عضو یک سامانهی دوتایی گرفتی نیست.»
از آن زمان تاکنون، CHARA در زمینههای گوناگونی به اخترفیزیک خدمت کرده است: از اندازهگیری اندازهی ستارگان در بازههای گستردهی جرمی و تکاملی گرفته تا تصویرسازی از شکلهای تختشدهی ستارگان سریعالچرخش و بررسی ویژگیهای سطحی آنها. همچنین توانسته قرصهای گازی پیرامون ستارگان Be را آشکار کند؛ قرصهایی که از مواد بیرونزده از خود ستارهها تشکیل شدهاند.
مکآلیستر میگوید:
«دیدن رشد و پیشرفت CHARA طی این سالها، آن هم با تلاش خستگیناپذیر بسیاری از افراد، واقعاً لذتبخش بوده است.»
تئو تن بروملار، نویسندهی مقالهی دوم بر پایه دادههای CHARA، در این مقاله عملکرد آرایه را شرح داد و طرحهایی برای بهروزرسانی آن در آینده ارائه کرد. او تا زمان بازنشستگی در سال ۱۴۰۱، مدیر آرایهی CHARA بود.
او درباره روزهای ابتدایی پروژه میگوید:
«در آن زمان، دانشگاه ایالتی جورجیا هنوز دانشگاهی پژوهشی و شناختهشده نبود و افراد بسیار کمی فکر میکردند که حتی بودجهای دریافت کنیم، چه رسد به آنکه در ساخت آرایه موفق شویم. ما گروهی بسیار کوچک بودیم و تجربهی اندکی در طراحی و ساخت ابزارهای بزرگ داشتیم. با این حال، حمایتهای مالی و معنوی دانشگاه فوقالعاده بود و اکنون CHARA و GSU به پیشگامانی در زمینهی تداخلسنجی نوری زمینی و اخترفیزیک مرتبط با آن تبدیل شدهاند.»
در دوران پرشکوه کشف سیارههای فراخورشیدی، شناخت ستارگانی که این سیارات به گرد آنها میچرخند، نقشی حیاتی در فهم خود سیارات دارد. بروملار میگوید:
«بدون درک درست از ستارهها، هرگز سیارات را نخواهیم فهمید.»
این نمودار ۶۹۳ ستاره را نشان میدهد. این یک نمودار HR از ستارگانی است که بسیاری از آنها میزبان سیارههای فراخورشیدی هستند. این نمودار با استفاده از دادههای تداخلسنجی آرایه CHARA و همچنین دادههایی از منابع دیگر تهیه شده است. این نمودار نمونهای عالی از سهم CHARA در طی ۲۰ سال نخست فعالیت آن بهشمار میرود. اعتبار تصویر: اشلی الیوت، ۲۰۲۴.
داگلاس گیس، مدیر کنونی CHARA، میگوید:
«ما در سال ۱۳۸۳ میدانستیم که این آرایه پنجرهای نو به روی جهان باز خواهد کرد، اما میزان دانشی که تاکنون درباره ستارگان و زندگی آنها از طریق این آرایه به دست آوردهایم، شگفتانگیز است.»
CHARA در مطالعهی ستارگان بسیار سریعالچرخش نیز کارآمد است. این ستارگان مرزهای فیزیک ستارهای را جابهجا میکنند و هر پدیدهای که در مرزهای طبیعت رخ میدهد، میتواند آموزههای مهمی برای دانشمندان داشته باشد. یکی از ویژگیهای بارز آنها، پدیدهی تاریکی گرانشی (gravity darkening) است.
اینها شماری از ستارگان سریعالچرخشی هستند که توسط CHARA مطالعه شدهاند. چرخش سریع، شکل ستارگان را به حالت تختشده یا بیضوی تغییر میدهد، بهطوریکه استوا از مرکز ستاره دورتر میشود و در نتیجه خنکتر است. این پدیده «تاریکی گرانشی» (gravity darkening) نام دارد، زیرا نیروی گرانش در نواحی استوایی کمتر از قطبهاست. اعتبار تصویر: آرایه CHARA / جان مانیه.
این آرایه همچنین به درک بهتر انفجارهای نووای ستارهای کمک کرده است. این پدیده در سامانههای دوتایی فشرده رخ میدهد که در آنها یک کوتولهی سفید از همستارهاش هیدروژن میرباید. این هیدروژن در لایهای روی کوتوله سفید انباشته میشود و سرانجام بهصورت یک انفجار نووا میدرخشد و سپس طی ماهها کمنور میشود. CHARA توانسته است تصاویر مرحلهی اولیهی این انفجارها را ثبت کند و تحول ساختار مادهی پرتابشده را در حین انبساط و سرد شدن گازها دنبال کند.
این تصویر پژوهشی نشان میدهد که چگونه آرایه CHARA توانست انبساط گلولهی آتشین یک نووا را در نووای دلفینوس ۲۰۱۳ (V339 Del) اندازهگیری کند. CHARA نشان داد که این پدیدهها پیچیدهتر از آن چیزی هستند که پیشتر تصور میشد. با اندازهگیری دقیق نرخ انبساط، CHARA آشکار ساخت که ساختاری دوقطبی (bipolar) بهسرعت، از همان روز دوم شکل میگیرد و نشان میدهد که گلولهی آتشین ساختاری تودهتوده و نامنظم دارد. اعتبار تصویر: شِفر و همکاران، ۲۰۱۴، Nature، جلد ۵۱۵، صفحه ۲۴۳.
با توجه به ارزش بالای این رصدها، زمان مشاهده با CHARA بسیار پرتقاضاست. در سال ۱۴۰۳، بنیاد ملی علوم آمریکا (NSF) مبلغ ۳.۵ میلیون دلار برای افزایش دسترسی پژوهشگران به این آرایه اختصاص داد.
گیس، مدیر CHARA، در این باره میگوید:
«این بودجه کلیدی است برای گشودن درهای آرایه به روی بهترین ایدهها در مسیر پژوهشهای تازه. بهزودی شاهد نتایجی چشمگیر دربارهی ستارگان، سیارات و کهکشانهای فعال دوردست خواهیم بود.»
در سالهای اخیر، CHARA چندین ارتقاء مهم را تجربه کرده است. نصب ابزارها و دوربینهای جدید، توان آن را بهشدت افزایش داده. در سال ۲۰۲۴، هفتمین تلسکوپ متحرک نیز به آرایه افزوده شد. این گام مهمی است، زیرا شش تلسکوپ پیشین در موقعیتهای ثابت قرار دارند و تلسکوپ جدید میتواند در تصویرسازی از سطح ستارگان بزرگتر کمک کند. با افزودن این تلسکوپ، طول پایهی آرایه از ۳۳۰ متر به ۵۵۰ متر افزایش یافته است. این تلسکوپ هفتم همچنین بهعنوان نمونهای آزمایشی برای توسعههای آینده در نظر گرفته شده است.
نایجل شارپ، مدیر برنامه در بخش علوم اخترشناسی بنیاد ملی علوم، میگوید:
«CHARA بهترین تداخلسنج نوری و فروسرخ در جهان را اداره میکند و بالاترین وضوح رصدی ممکن در این طولموجها را فراهم میسازد. دیدن اینکه این رصدها اکنون بهصورت منظم و حتی برای پژوهشگران غیرمتخصص نیز در دسترس هستند، واقعاً هیجانانگیز است.»
دانشجوی دکتری ژئوفیزیک گرایش لرزه شناسی هستم. ژئوفیزیک به بررسی ابعاد زمین و اتفاقاتی مانند زلزله و لرزه هایی که توسط فعالیت انسان بهوجود میآید، می پردازد. فعالیت در حوزه زمین و فضا از علاقه مندی ام است.
