ستاره‌شناسان شکل‌گیری یک ابرخوشه ستاره‌ای را مشاهده می‌کنند

این نوع شکل‌گیری ستاره‌ای اکنون تقریباً از بین رفته است. اخترشناسان در کهکشان راه شیری کنونی تنها دو مورد از این خوشه‌ها را شناسایی کرده‌اند و یکی دیگر را در ابر ماژلانی بزرگ (LMC) یافته‌اند. هر سه این خوشه‌ها میلیون‌ها سال قدمت دارند.

مشاهدات جدید تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) یک خوشه ابرستاره‌ای جدید در حال شکل‌گیری در LMC را کشف کرده است که تنها ۱۰۰ هزار سال عمر دارد. اما اخترشناسان چه چیزهایی می‌توانند از این کشف بیاموزند؟

خوشه‌های ابرستاره‌ای نقش مهمی در فرآیند شکل‌گیری ستاره‌ها ایفا می‌کنند، اما از زمان اوج فعالیت آن‌ها میلیاردها سال می‌گذرد. یافتن یک خوشه جوان در کهکشانی نزدیک، فرصتی ارزشمند برای اخترشناسان است تا بتوانند روند تولد این خوشه‌ها را بررسی کنند.

تحقیقات جدیدی که در مجله اخترفیزیک منتشر شده، این یافته‌ها را ارائه می‌دهد. عنوان این مقاله «طیف‌نگاری میان‌فروسرخ JWST: تحلیل گاز، غبار و یخ در اجرام ستاره‌ای جوان ابر ماژلانی بزرگ» است و نویسنده اصلی آن «اومنارایانی (ایشا) نایک» از مؤسسه علمی تلسکوپ فضایی و مرکز پروازهای فضایی گادرد ناسا است.

ابر ماژلانی بزرگ که حدود ۱۶۰ هزار سال نوری از ما فاصله دارد، از نظر همسایگان کهکشانی نزدیک به حساب می‌آید. همچنین، موقعیت این کهکشان از دید ما به گونه‌ای است که امکان مطالعه آن آسان‌تر می‌شود. منطقه N79 در LMC، یک سحابی عظیم شکل‌گیری ستاره‌ای به وسعت حدود ۱۶۰۰ سال نوری است. تلسکوپ JWST با استفاده از ابزار میان‌فروسرخ (MIRI)، ۹۷ جرم ستاره‌ای جوان (YSO) جدید را در N79 شناسایی کرده است، جایی که خوشه ابرستاره‌ای جدید H72.97-69.39 قرار دارد.

A massive cluster is born — این تصویر از تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا/اسا/CSA منطقه N79 را نشان می‌دهد، ناحیه‌ای از هیدروژن اتمی میان‌ستاره‌ای که یونیزه شده و توسط ابزار مادون‌قرمز میانی (MIRI) وب به تصویر کشیده شده است. N79 یک مجتمع عظیم تشکیل ستاره است که حدود ۱۶۳۰ سال نوری وسعت دارد و در منطقه جنوب‌غربی کمتر کاوش‌شده ابر ماژلانی بزرگ (LMC) قرار گرفته است. در طول‌موج‌های بلندتری که توسط MIRI ثبت شده‌اند، نمای وب از N79 گازها و غبار درخشان این منطقه را به تصویر می‌کشد. مناطق تشکیل ستاره مانند این برای اخترشناسان اهمیت دارند، زیرا ترکیب شیمیایی آن‌ها شبیه به مناطق عظیم تشکیل ستاره است که در زمانی که جهان تنها چند میلیارد سال عمر داشت و تشکیل ستاره‌ها در اوج خود بود، مشاهده شده‌اند.
اعتبار تصویر: ESA/Webb, NASA & CSA, M. Meixner CC BY 4.0 INT

فلزی بودن ستاره‌ای با گذشت زمان و با تولد و مرگ نسل‌های مختلف ستارگان افزایش می‌یابد. میزان فلزینگی در LMC تنها نصف منظومه شمسی ماست. این بدان معناست که شرایط در این خوشه جدید مشابه شرایطی است که ستارگان در میلیاردها سال پیش و در اوایل جهان شکل می‌گرفتند. این شرایط خاص به اخترشناسان اجازه می‌دهد تا با مطالعه این منطقه به گذشته جهان نگاهی بیندازند.

ایشا نایک در این باره می‌گوید: «مطالعه اجرام ستاره‌ای جوان در LMC به اخترشناسان فرصتی می‌دهد تا تولد ستارگان را در کهکشانی نزدیک از نزدیک مشاهده کنند. برای اولین بار، می‌توانیم شکل‌گیری ستاره‌های کم‌جرم مشابه خورشید را در خوشه‌های کوچک، خارج از کهکشان راه شیری، با جزئیات بی‌سابقه‌ای مشاهده کنیم.»

اجرام ستاره‌ای جوان نزدیک به H72 بر اساس جرم مرتب شده‌اند. پرجرم‌ترین آن‌ها نزدیک H72 متمرکز هستند، در حالی که اجرام کم‌جرم‌تر در حاشیه منطقه N79 قرار دارند. JWST نشان داده است که آنچه پیش‌تر به عنوان یک ستاره جوان پرجرم تصور می‌شد، در واقع خوشه‌ای از اجرام ستاره‌ای جوان است. این مشاهدات برای اولین بار تأیید می‌کند که اجرام ستاره‌ای جوان غالباً شامل خوشه‌هایی از پیش‌ستاره‌ها هستند.

NIRCAM composite B187 BRP335 Y44 — تصویری ترکیبی که با استفاده از داده‌های دوربین NIRCam تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) و داده‌های آلما (ALMA) ایجاد شده است. نور ستارگان به رنگ زرد نمایش داده شده و رنگ‌های آبی و بنفش نشان‌دهنده غبار و گازی هستند که به تشکیل ستارگان جدید کمک می‌کنند.
اعتبار تصویر: NSF/AUI/NSF NRAO/S.Dagnello

این کشف، توجه را به فرآیندهای پیچیده شکل‌گیری اولیه ستارگان جلب می‌کند. نویسندگان مقاله نوشته‌اند: «شکل‌گیری ستارگان پرجرم نقش حیاتی در تأثیرگذاری بر شیمی و ساختار محیط میان‌ستاره‌ای (ISM) دارد. شکل‌گیری ستاره‌ها به صورت خوشه‌ای اتفاق می‌افتد، و ستارگان پرجرم درخشندگی غالب را ایجاد می‌کنند.»

یکی از پنج ستاره جوان در این منطقه بیش از ۵۰۰ هزار برابر خورشید درخشندگی دارد. طبق داده‌های دوربین فروسرخ نزدیک (NIRCam) تلسکوپ JWST، این ستاره توسط بیش از ۱۵۵۰ ستاره جوان دیگر احاطه شده است.

apjad18bcf1 hr — این تصویر اسپیتزر از تحقیقات جدید، منطقه N79 در کهکشان ماژلانی بزرگ (LMC) را نشان می‌دهد. N79 از سه ابر مولکولی غول‌پیکر تشکیل شده است. داده‌های اسپیتزر نشان داد که هر یک از دایره‌های قرمز یک شیء ستاره‌ای جوان و پرجرم با حداقل هشت برابر جرم خورشید است. اما تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) نشان داد که سه تا از آنها، به جز موردی که در N79W قرار دارد، ستاره‌های جوان انفرادی نیستند؛ بلکه خوشه‌هایی از ستارگان هستند. این خوشه‌ها می‌توانند یک خوشه سوپرستاره‌ای بسیار جوان را تشکیل دهند. اعتبار تصویر: نایاک و همکاران، ۲۰۲۵.

مشاهدات قبلی آرایه بزرگ میلی‌متری/زیرمیلی‌متری آتاکاما (ALMA) سرنخ‌هایی از عوامل احتمالی شکل‌گیری خوشه‌های ابرستاره‌ای ارائه داده بود. ALMA نشان داد که رشته‌های برخوردی گاز مولکولی به طول حداقل یک پارسک در این منطقه حضور دارند. این رشته‌ها می‌توانند در شکل‌گیری H72 نقش داشته باشند.

apjab1b38f5 hr — این شکل از تحقیقات قبلی مشاهدات آلما (ALMA) از ناحیه نزدیک به خوشه فوق‌ستاره‌ای H72 را نشان می‌دهد. هر کدام کربن مونوکسید را در یک کانال سرعت متفاوت نشان می‌دهند. “x” سفید مکان H72 را نشان می‌دهد. نویسندگان توضیح می‌دهند: “با مرور کانال‌ها، واضح است که یک رشته در جهت شمال‌شرقی به جنوب‌غربی و یک رشته متمایز در جهت شمال‌غربی به جنوب‌شرقی وجود دارد.” اعتبار تصویر: Nayak et al. 2019.

این پژوهش قدرت JWST در تحلیل مکان‌های پیچیده شکل‌گیری ستاره‌ها در کهکشان‌های دیگر را برجسته می‌کند. تلسکوپ نه تنها نشان داد که آنچه به نظر می‌رسید ستاره‌ای جوان و منفرد است در واقع گروه‌هایی از ستارگان هستند، بلکه به محققان اجازه داد نرخ تجمع جرمی و خواص شیمیایی آن‌ها را تعیین کنند. داده‌های جدید JWST به اخترشناسان بینشی تازه درباره شیمی پیچیده، از جمله حضور مولکول‌های آلی، غبار و یخ در مناطق شکل‌گیری ستاره‌ها می‌دهد.