تلسکوپ جیمز وب راز ستاره‌ها را در دل ابر گازی نورانی جستجو می‌کند
تشکیل ستارگان یکی از بنیادی‌ترین فرایندهای فیزیکی در جهان ما است.
این تصویر از تلسکوپ فضایی اسپیتزر نمایی کلی از ناحیه‌ی مولکولی مرکزی کهکشان راه شیری را نشان می‌دهد. هر یک از مستطیل‌های سفید نشان‌دهنده‌ی محدوده‌ی تحت پوشش برنامه‌های رصدی تکمیل‌شده‌ی تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) است. برای درک بهتر، سیاه‌چاله‌ی کلان‌جرم (SMBH) قوس A* نیز در تصویر برجسته‌سازی شده است.
اعتبار تصویر: Budaiev و همکاران، 2025*
ستارگان هستند که کیهان را روشن می‌کنند و زمینه‌ی پیدایش سیارات را فراهم می‌سازند؛ سیاراتی که برخی از آن‌ها حتی می‌توانند از حیات پشتیبانی کنند. انسان‌ها بی‌تردید از زمان‌های پیشاتاریخی درباره‌ی ستارگان شگفت‌زده بوده‌اند، اما ابزارهای فناورانه‌ی نوین، همچون تلسکوپ‌های مدرن کهکشان‌نگر، کنجکاوی طبیعی ما را به سطحی کاملاً تازه رسانده‌اند. امروزه می‌توانیم به درون نواحی تیره و پنهان آسمان نگاه کنیم و ستاره‌های جوان را درون غلاف‌های غبارآلودشان آشکار سازیم.
این پرسش‌های ذهنی و فلسفی از دیرباز ساختارمندتر شدند. دست‌کم به دوران یونان باستان بازمی‌گردد؛ زمانی که دموکریتوس پیشنهاد کرد که راه شیری از ستارگان ساخته شده است. دو هزار سال بعد، فیلسوف آلمانی، ایمانوئل کانت، به‌طور ویژه درباره‌ی چگونگی تشکیل ستارگان اندیشید. او در اثر سال ۱۷۵۵ خود با عنوان تاریخ طبیعی و نظریه‌ی آسمان‌ها بیان کرد که ستارگان زمانی شکل می‌گیرند که ماده‌ی سحابیِ در حال چرخش، تحت گرانش فرو می‌ریزد. این برداشت برای آن زمان، توصیفی شگفت‌انگیز و بسیار دقیق بود.
امروز اخترفیزیک‌دانان مدل‌های بسیار دقیقی از شکل‌گیری ستاره‌ها، روند تکامل آن‌ها و سرانجام مرگ‌شان در اختیار دارند. با این حال، همچنان پرسش‌های فراوانی باقی است. یکی از دلایل ساخت تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) توسط ناسا، آژانس فضایی اروپا (ESA) و آژانس فضایی کانادا (CSA) همین بود که پاسخ این پرسش‌ها جستجو شود. یکی از موضوعات علمی اصلی این تلسکوپ، «تولد ستارگان و سامانه‌های پیش‌سیاره‌ای» است.
در همین راستا، جیمز وب به رصد ابر گازی Sagittarius B2 پرداخته است. این ابر عظیم‌ترین و فعال‌ترین ناحیه‌ی ستاره‌زایی در کل کهکشان راه شیری است. این ابر در نزدیکی مرکز کهکشان و در فاصله‌ای تنها حدود ۴۰۰ سال نوری از سیاه‌چاله‌ی کلان‌جرم راه شیری، یعنی Sagittarius A*، قرار دارد. ابعاد Sagittarius B2 (یا همان Sgr B2) حدود ۱۵۰ سال نوری است و جرمی معادل سه میلیون برابر خورشید را در خود جای داده است.
این ابر از غبار درخشانی پر شده که به‌وسیله‌ی مجموعه‌ای چشمگیر از ستارگان پرجرم روشن شده است. اما داستان اصلی در محتوای گازی آن نهفته است. چگالی هیدروژن در Sgr B2 تا ۴۰ برابر بیشتر از یک ابر مولکولی معمولی است. این ابر ساختاری پیچیده دارد که در آن چگالی گاز و دما به‌شدت متغیر است. کاوش چنین منطقه‌ی پیچیده‌ای دقیقاً همان چیزی است که جیمز وب برایش ساخته شده است.
به گفته‌ی «آدام گینزبرگ»، اخترشناس دانشگاه فلوریدا و یکی از نویسندگان مقاله‌ای تازه:
«ابزارهای فروسرخ قدرتمند جیمز وب جزئیاتی را در اختیار ما گذاشته‌اند که هرگز پیش‌تر ندیده بودیم. این داده‌ها به ما کمک می‌کنند تا برخی از اسرار همچنان گریزانِ شکل‌گیری ستارگان پرجرم را بهتر درک کنیم و بفهمیم چرا Sagittarius B2 بسیار فعال‌تر از دیگر نواحی مرکز کهکشان است.»
این پژوهش تازه با عنوان «نخستین نگاه جیمز وب به فعال‌ترین ابر ستاره‌زا در مرکز کهکشان ـ Sagittarius B2» منتشر شده است. نویسنده‌ی اصلی آن «نزار بودایف» از بخش اخترشناسی دانشگاه فلوریدا است و نسخه‌ی آن در پایگاه arxiv.org در دسترس قرار دارد.
در این مقاله آمده است: «ما مشاهدات NIRCAM و MIRI جیمز وب از Sgr B2، فعال‌ترین ناحیه‌ی ستاره‌زایی در کهکشان، را گزارش می‌کنیم.» این داده‌های تازه ماهیت چندلایه و ساختارمند این ابر را آشکار کرده‌اند و نشان می‌دهند که دو جمعیت متفاوت از ستارگان پرجرم در آن وجود دارد: یکی جمعیت آشکار با میرایی کم (یعنی نورشان کمتر توسط غبار مسدود می‌شود) و دیگری جمعیت پنهان با میرایی زیاد (یعنی بخش بزرگی از نور آن‌ها توسط غبار جذب یا مسدود می‌شود).
Sgr B2 در «منطقه‌ی مولکولی مرکزی» (CMZ) راه شیری قرار دارد؛ ناحیه‌ای غنی از گاز که حدود ۶۰ میلیون جرم خورشیدی گاز مولکولی را در خود جای داده و همگی در شبکه‌ای از ابرهای پیچیده توزیع شده‌اند. گاز در CMZ بسیار چگال‌تر از دیگر نقاط کهکشان است.
ستارگان، گاز و غبار کیهانی در ابر مولکولی قوس B2 در پرتو نور نزدیک به فروسرخ می‌درخشند؛ نوری که توسط دوربین فروسرخ نزدیک وب (NIRCam) ثبت شده است. در این طول‌موج، اخترشناسان می‌توانند بخش بیشتری از ستارگان متنوع و رنگارنگ این ناحیه را ببینند، اما ساختار گاز و غبار آن کمتر نمایان می‌شود. هر یک از ابزارهای تلسکوپ جیمز وب اطلاعات مهمی را در اختیار اخترشناسان قرار می‌دهد که به ترسیم تصویری کامل‌تر از آنچه در این بخش شگفت‌انگیز از مرکز کهکشان ما رخ می‌دهد، کمک می‌کند. اعتبار تصویر: ناسا (NASA)، آژانس فضایی اروپا (ESA)، آژانس فضایی کانادا (CSA)، مؤسسه علوم تلسکوپ فضایی (STScI)، آدام گینزبرگ (دانشگاه فلوریدا)، نازار بودایف (دانشگاه فلوریدا)، تی. یو (دانشگاه فلوریدا). پردازش تصویر: آ. پاگان (STScI).
با وجود این حجم عظیم گاز، نرخ ستاره‌زایی در CMZ بسیار کمتر از انتظار است. پژوهشگران می‌گویند:
«با این‌که CMZ حدود ۸۰ درصد گاز مولکولی چگال کهکشان را در خود دارد، تنها حدود ۱۰ درصد از ستارگان کهکشان در آن شکل می‌گیرند؛ این مقدار دست‌کم یک مرتبه‌ی بزرگی کمتر از چیزی است که بر اساس روابط معمول بین گاز چگال و ستاره‌زایی انتظار داریم.»
همین تناقض، یکی از دلایل اصلی بود که اخترشناسان Sgr B2 را با جیمز وب مورد بررسی قرار دادند. آن‌ها می‌خواهند بفهمند که در این محیط افراطی چه می‌گذرد. نرخ ستاره‌زایی Sgr B2 مشابه پرجنب‌وجوش‌ترین دوره‌ی تاریخ کیهان، یعنی «ظهر کیهانی» (حدود z = 2) است. محققان به‌ویژه به همین نرخ بالای ستاره‌زایی علاقه‌مندند، چراکه آن را از CMZ متمایز می‌سازد. در مقاله آمده است: «Sagittarius B2 آزمایشگاهی قدرتمند برای مطالعه‌ی شکل‌گیری و تحول ستارگان در شرایطی است که مشابه فعال‌ترین دوره‌ی ستاره‌زایی کیهان (z ≈ ۲) هستند.»
با وجود حساسیت بالای این رصدها، جمعیت گسترده‌ای از ستاره‌های جوان (YSOs) در این ابر شناسایی نشد. این امر نشان می‌دهد که ستاره‌زایی در این ابر احتمالاً به‌تازگی آغاز شده است.
اگرچه تصاویر Sgr B2 انبوهی از ستارگان را نشان می‌دهند، اما ویژگی دیگری نیز جلب توجه می‌کند، به‌ویژه در داده‌های ابزار فروسرخ میانی (MIRI) جیمز وب. بخش‌هایی از ابر به‌شدت تاریک دیده می‌شوند، نه به این دلیل که چیزی در آن‌جا وجود ندارد، بلکه به‌دلیل تراکم عظیم گاز و غبار که حتی نور قدرتمند جیمز وب نیز توان عبور از آن را ندارد. همین ابرهای متراکم ماده‌ی خام لازم برای تولد ستارگان را فراهم می‌کنند و به احتمال زیاد ستاره‌های جوانی درون آن‌ها پنهان شده‌اند که هنوز نور خود را آشکار نکرده‌اند.
نویسندگان مقاله توضیح می‌دهند:
«این یافته‌ها نشان می‌دهد که با وجود این‌که Sgr B2 لقب فعال‌ترین ابر ستاره‌زا را در کهکشان دارد، احتمالاً میزان واقعی ستاره‌زایی در آن کمتر از حد برآورد شده بوده است.»
ابزار فروسرخ میانی وب (MIRI) منطقه‌ی قوس B2 (Sgr B2) را در نور فروسرخ میانی نشان می‌دهد، جایی که غبار گرم با درخششی شدید نمایان شده است. تیره‌ترین بخش‌های تصویر، فضای خالی نیستند، بلکه مناطقی هستند که غبار و گاز آن‌قدر متراکم‌اند که حتی MIRI هم نمی‌تواند ستارگان درون آن‌ها را مشاهده کند. یک توده‌ی ابری توجه اخترشناسان را به خود جلب کرده است؛ این بخش در سمت راست تصویر قرار دارد و نسبت به سایر ابرها سرخ‌تر به‌نظر می‌رسد. مشاهدات با تلسکوپ‌های دیگر نشان داده است که این ناحیه یکی از غنی‌ترین مناطق شناخته‌شده از نظر مولکولی است. این منطقه می‌تواند سرنخ‌هایی در خود داشته باشد که توضیح دهند چرا قوس B2 در ستاره‌زایی بسیار پُرکارتر از سایر بخش‌های مرکز کهکشان است. اعتبار تصویر: ناسا (NASA)، آژانس فضایی اروپا (ESA)، آژانس فضایی کانادا (CSA)، مؤسسه علوم تلسکوپ فضایی (STScI)، آدام گینزبرگ (دانشگاه فلوریدا)، نازار بودایف (دانشگاه فلوریدا)، تی. یو (دانشگاه فلوریدا). پردازش تصویر: آ. پاگان (STScI).
ابر قرمز و درخشانی که در تصویر MIRI جلب توجه می‌کند، در رصدهای دیگر نیز شناخته شده و مشخص شده بود که به‌شدت غنی از مولکول‌هاست. اما تصاویر تازه‌ی جیمز وب نخستین باری است که این ابر با چنین وضوحی دیده شده است. روشنایی زیاد آن ناشی از یونیده شدن گاز به‌وسیله‌ی ستارگان جوان و پرجرم است.
این تصویر یک نگاره‌ی سه‌رنگی از NIRCam است که بر روی داده‌های پیوستار ۱.۲ گیگاهرتزی MeerKAT قرار گرفته و بخش‌های اصلی ابر و ویژگی‌های مشاهده‌شده در آن برچسب‌گذاری شده‌اند. رنگ آبی نشان‌دهنده‌ی کاهش‌تضعیف کم است، رنگ سبز مناطق با کاهش‌تضعیف بیشتر را نشان می‌دهد و رنگ قرمز بیانگر غبار گرم است. اعتبار تصویر: بودایف و همکاران، ۲۰۲۵.
پرسش محوری درباره‌ی Sgr B2 و CMZ این است: چرا در اولی نرخ ستاره‌زایی بسیار بالاست، در حالی‌که در دومی به‌طرز شگفت‌انگیزی پایین است؟ اگرچه این مشاهدات پاسخ قطعی به این پرسش نمی‌دهند، اما داده‌های دقیق ابزارهای NIRCam و MIRI جیمز وب می‌تواند در آینده ما را به پاسخ برساند. پژوهشگران نوشته‌اند: «جیمز وب ستارگان پرجرم و ساختارهای یونیده‌ی پنهان را آشکار کرده و دیدگاهی دگرگون‌کننده از چگونگی شکل‌گیری ستارگان در شرایط افراطی مرکز کهکشان ارائه داده است.»
با آشکارسازی دو جمعیت از ستارگان پرجرم (یکی کم‌میرایی و دیگری پرمیرایی)، جیمز وب نشان داد که تلسکوپ‌های پیشین بخش قابل توجهی از ستاره‌زایی در Sgr B2 را که به‌وسیله‌ی غبار پنهان شده بود، از دست داده بودند. فراتر از آن، این تلسکوپ بیش از دوازده ناحیه‌ی HII تازه شناسایی کرد. این مناطق شامل هیدروژن یونیده هستند و به اخترشناسان می‌گویند که ستارگان داغ و جوان به‌تازگی شکل گرفته و با تابش فرابنفش قوی، هیدروژن را یونیده کرده‌اند.
انسان‌ها تاریخچه‌ای طولانی در نگاه به آسمان با شگفتی و تلاش برای یافتن پاسخ داشته‌اند. ما جویندگان همیشگی دانایی و کوچ‌نشینان فکری هستیم، و ابزارهای نیرومندی چون جیمز وب تنها دامنه‌ی شگفتی ما را گسترده‌تر کرده‌اند.
به گفته‌ی «نزار بودایف»، دانشجوی دکتری دانشگاه فلوریدا و از پژوهشگران اصلی این مطالعه:
«انسان‌ها هزاران سال است که ستارگان را مطالعه می‌کنند، و هنوز هم چیزهای زیادی برای درک باقی مانده است. با هر چیز تازه‌ای که جیمز وب به ما نشان می‌دهد، رازهای تازه‌ای نیز پیش رویمان گشوده می‌شود. بخشی از این اکتشافات مداوم بودن، 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.
