مطالعه‌ای نوین ردپای تکامل ۱۳۰ ساله‌ی یک سحابی سیاره‌ای را آشکار می‌کند

جهان هستی معمولاً جایی است که تغییرات آن بسیار کند رخ می‌دهد. بیشتر اجرام آسمانی و اجرام اعماق آسمان در طول یک عمر انسانی تقریباً بدون تغییر به نظر می‌رسند. با این حال، گاهی نمونه‌هایی دیده می‌شود که این روند آرام را به چالش می‌کشند و تغییرات چشمگیرتری را در بازه‌های زمانی انسانی نشان می‌دهند.

یکی از این موارد، سحابی سیاره‌ای IC 418 است. این سحابی در صورت فلکی «خرگوش» (Lepus) قرار دارد و به دلیل ساختار حلقه‌ای و درهم‌تنیده‌اش گاهی با نام سحابی اسپایروگراف شناخته می‌شود. پژوهشی که به‌تازگی در نشریه‌ی Astrophysical Journal Letters منتشر شده، رشد و تکامل این سحابی را طی بازه‌ای بیش از ۱۳۰ سال دنبال کرده است. این مطالعه حاصل همکاری پژوهشگران دانشگاه منچستر و دانشگاه هنگ‌کنگ است و داده‌هایی را بررسی کرده که از زمان کشف این سحابی در اواخر قرن نوزدهم تاکنون گردآوری شده‌اند.

کشف سحابی IC ۴۱۸

سحابی IC ۴۱۸ نخستین بار توسط اخترشناس اسکاتلندی-آمریکایی ویلیامینا فلمینگ در ۲۶ مارس ۱۸۹۱ کشف شد. او در آن زمان در رصدخانه هاروارد مشغول کار بود و به‌عنوان بخشی از پروژه‌ی «کاتالوگ درِیپر» صفحات شیشه‌ای ثبت‌شده از آسمان را با دقت بررسی می‌کرد. فلمینگ در طول فعالیت خود توانست ۵۹ سحابی را شناسایی کند. بعدها IC ۴۱۸ به‌اشتباه به فهرست اجرام اعماق آسمان جان لویی درایر (Index Catalogue) نسبت داده شد.

این سحابی درخشش ظاهری +۹ قدر دارد و اندازه‌ی زاویه‌ای آن حدود ۱۸ ثانیه‌ی قوسی است. دلیل نام‌گذاری «سحابی‌های سیاره‌ای» این است که در تلسکوپ‌های اولیه مانند قرص‌های کم‌نور سیاره‌ای دیده می‌شدند. IC ۴۱۸ حدود ۲۰۰۰ سال نوری از ما فاصله دارد و پهنای آن تقریباً ۰٫۲ سال نوری است.

تاریخچه‌ی مشاهدات طیفی

یکی از ویژگی‌های ارزشمند IC ۴۱۸ آن است که تقریباً از زمان تولد روش طیف‌سنجی در دهه‌ی ۱۸۹۰، ردیابی پیوسته‌ی طیفی آن ادامه یافته است. این مطالعه با استفاده از داده‌های طیفی گردآوری‌شده طی بیش از یک قرن، تغییرات در طیف و ظاهر سحابی را بررسی کرده است. این روند البته ساده نبود؛ زیرا داده‌ها از مشاهدات چشمی آغاز شده، سپس به عکس‌های گرفته‌شده روی صفحات شیشه‌ای، بعد به فیلم‌های عکاسی نجومی، و سرانجام به دوربین‌های دیجیتال و CCDهای امروزی رسیده است. تلسکوپ فضایی هابل نیز در سال‌های گذشته بارها این سحابی را تصویربرداری کرده است.

آلبرت زایلسترا از دانشگاه منچستر توضیح داده است:
«قدیمی‌ترین داده‌ای که به کار بردیم مربوط به سال ۱۸۹۳ است، زمانی که کمپبل نخستین طیف این سحابی را مشاهده کرد. او این کار را با چشم غیرمسلح انجام داد، اما توصیفش به اندازه‌ای دقیق بود که توانستیم در مطالعه‌ی خود از آن استفاده کنیم.»

خطوط طیفی کلیدی

در این بررسی، تمرکز اصلی بر خطوط گسیلی بخش آبی طیف بود، از جمله خطوط هیدروژن و اکسیژن دوبار یونیده (OIII). جالب آنکه در اوایل قرن بیستم این خطوط به اشتباه به وجود عنصری خیالی به نام «نِبولیوم» نسبت داده می‌شدند. زایلسترا می‌گوید:
«ما نسبت شدت خطوط طیفی را دوباره از روی عکس‌ها تعیین کردیم، و در برخی موارد از اطلاعات مربوط به حساسیت امولسیون‌های عکاسی بهره گرفتیم تا نتایج دقیق‌تری به دست آوریم.»

چرخه‌ی زندگی یک ستاره

سحابی‌های سیاره‌ای مانند IC ۴۱۸ زمانی شکل می‌گیرند که ستاره‌ای در مراحل پایانی عمر خود وارد فاز غول سرخ می‌شود و لایه‌های بیرونی خود را به فضا می‌افکند. در نهایت هسته‌ی ستاره فرو می‌ریزد و به یک کوتوله‌ی سفید فشرده تبدیل می‌شود؛ جرمی با جرمی حدود ۰٫۶ برابر خورشید که در حجمی تقریباً هم‌اندازه‌ی زمین فشرده شده است. این بقایای درخشان در میان هاله‌ای از گاز و غبار قرار می‌گیرند. ستاره‌ی مرکزی IC ۴۱۸ درست اکنون در حال گذر از همین مرحله‌ی گذار از غول سرخ به کوتوله‌ی سفید است. خورشید ما نیز حدود ۵ میلیارد سال دیگر چنین سرنوشتی خواهد داشت.

یافته‌های شگفت‌انگیز

این پژوهش نخستین بار بود که تحول یک ستاره‌ی در حال مرگ طی بیش از یک قرن رصد شد. نتایج نشان داد که ستاره‌ی مرکزی IC ۴۱۸ سریع‌تر از بسیاری از ستاره‌های مشابه داغ می‌شود، هرچند این افزایش دما هنوز آهسته‌تر از آن چیزی است که مدل‌های نظری تکامل ستاره‌ای پیش‌بینی می‌کنند.

به‌طور خاص، از زمان کشف تاکنون دمای ستاره‌ی مرکزی حدود ۳۰۰۰ درجه سلسیوس افزایش یافته است؛ یعنی به‌طور میانگین هر ۴۰ سال تقریباً ۱۰۰۰ درجه به دمای آن افزوده شده است. برای مقایسه، خورشید ما چنین افزایشی را تنها در طی ۱۰ میلیون سال در دوران شکل‌گیری خود تجربه کرده بود.

نقش ستاره‌ها در چرخه‌ی کربن

این یافته اهمیت زیادی در درک ما از چگونگی بازگشت کربن به فضا در مراحل پایانی زندگی ستاره‌ها دارد. زایلسترا توضیح می‌دهد:
«IC ۴۱۸ سرشار از کربن است، به این معنا که ستاره پیش از بیرون راندن پوسته‌هایش در کربن غنی شده بود. بسیاری از کربن موجود در جهان از چنین ستاره‌هایی سرچشمه می‌گیرد. ما توانستیم جرم اولیه‌ی ستاره را حدود ۴۰ درصد بیشتر از جرم خورشید برآورد کنیم. این رقم کمتر از چیزی است که مدل‌های نظری برای منشاء کربن پیش‌بینی می‌کنند. اما باید در نظر داشت همین کربن اساس حیات آلی و بخشی از منشأ خود ماست.»

ارزش داده‌های قدیمی

این پژوهش همچنین ارزش فوق‌العاده‌ی استفاده از داده‌های رصدی قدیمی را نشان می‌دهد. نمونه‌ی مشابه آن کشف سال ۲۰۱۶ بود که نشانه‌هایی از وجود یک سامانه‌ی سیاره‌ای پیرامون ستاره‌ی «ون مانن» در صفحه‌ی شیشه‌ای مربوط به سال ۱۹۱۷ شناسایی شد.

بنابراین، داده‌های تاریخی همچنان می‌توانند دریچه‌ای تازه به سوی علم نوین بگشایند. چه بسا هنوز یافته‌های مهمی در میان صفحات شیشه‌ای و دفترچه‌های قدیمی رصدخانه‌ها پنهان مانده باشد و در انتظار کشف دوباره باشند.