گردبادهای فضایی. حداقل اینطور است که محققانی که از آرایه میلی‌متری بزرگ آتاکاما (ALMA) در شیلی برای مطالعه قلب کهکشان استفاده کردند، آنچه پیدا کردند را توصیف کردند.
یک تیم بین‌المللی از ستاره‌شناسان، به رهبری کای یانگ از دانشگاه جائو تونگ شانگهای، آرایه را بر روی ناحیه‌ای به نام منطقه مولکولی مرکزی (CMZ) متمرکز کردند. این ناحیه از کهکشان راه شیری چندصد پارسک فضا را در بر می‌گیرد که اطراف سیگیتاریوس A* قرار دارد. این ناحیه شکلی نامنظم دارد و قطر آن به ۱۹۰۰ سال نوری می‌رسد.
CMZ یک محیط بسیار شدید است که مملو از امواج شوک است. فعالیت‌های تشکیل ستاره‌ای کوچکی دارد که جریان‌های خروجی مقیاسی تولید می‌کند. این منطقه مواد را از سایر قسمت‌های کهکشان دریافت می‌کند، زیرا گاز از طریق نوار مرکزی به داخل آن هدایت می‌شود. گاز در CMZ خیلی متراکم‌تر، داغ‌تر و آشفته‌تر از ابرهای مولکولی در بقیه دیسک کهکشان است. میدان‌های مغناطیسی قوی‌تری در آنجا وجود دارد، همچنین تعداد پرتوهای کیهانی نیز بیشتر است. مناطق مختلف در این ناحیه ساطع‌کننده میزان زیادی از تابش‌ها از مولکول‌های میان‌ستاره‌ای هستند، از جمله اکسید سیلیکون (SiO). این تابش‌ها در تصاویر طیفی با طول موج میلی‌متری ظاهر می‌شوند و شبیه به “فیلامنت‌های باریک” به نظر می‌رسند. این‌ها به هیچ جریان خروجی در منطقه مربوط نیستند.
پیگیری فعالیت‌ها در CMZ
تیم یانگ از ALMA برای نقشه‌برداری از خطوط طیفی SiO و سایر مولکول‌هایی که فیلامنت‌ها را تشکیل می‌دهند استفاده کرد. آن‌ها ویژگی‌هایی غیرمنتظره پیدا کردند. یانگ گفت: “وقتی تصاویر ALMA را بررسی کردیم که جریان‌های خروجی را نشان می‌داد، متوجه این فیلامنت‌های بلند و باریک شدیم که از هر ناحیه‌ای که فعالیت‌های تشکیل ستاره‌ای داشت، فضایی جابه‌جا بودند. برخلاف هر چیزی که می‌شناسیم، این فیلامنت‌ها ما را کاملاً غافلگیر کردند. از آن زمان، ما در حال فکر کردن به این هستیم که این‌ها چه هستند.”
این “فیلامنت‌های باریک” در خطوط تابشی SiO و هشت مولکول دیگر حضور دارند و ساختارهایی هستند که در نور مرئی دیده نمی‌شوند. از آنجایی که این‌ها لزوماً به فعالیت‌های تشکیل ستاره‌ای مربوط نمی‌شوند و به نظر نمی‌رسد که با تابش‌های ناشی از گرد و غبار داغ مرتبط باشند، تیم در حال بررسی دینامیک منطقه برای توضیح علت آن‌ها است.
“دقت زاویه‌ای بالای ALMA و حساسیت فوق‌العاده آن برای شناسایی این تابش‌های خط مولکولی که به فیلامنت‌های باریک مربوط هستند، و تأیید اینکه هیچ ارتباطی میان این ساختارها و تابش‌های گرد و غبار وجود ندارد، حیاتی بود”، گفت یچن ژانگ، استاد دانشگاه جائو تونگ شانگهای. “کشف ما یک پیشرفت قابل توجه است، زیرا این فیلامنت‌ها را در مقیاس ۰.۰۱ پارسک به‌طور دقیق‌تر شناسایی کردیم که سطح کاری این شوک‌ها را مشخص می‌کند.”
آن‌ها را گردبادهای فضایی بنامید
بیایید به چند ویژگی کلیدی این فیلامنت‌ها نگاه کنیم. انتقال‌های چرخشی SiO 5-4 به وضوح در مشاهدات ALMA دیده می‌شوند. اساساً، مولکول از یک وضعیت انرژی بالاتر به وضعیت انرژی پایین‌تر منتقل می‌شود. این تغییر در انرژی چرخشی آن، که در تصاویر طیفی قابل مشاهده است. تیم همچنین حضور ماسرهای CH3OH را که ساختارهایی هستند که تابش‌های مایکروویو تولید می‌کنند، شناسایی کرد. این فیلامنت‌ها همچنین غنی از مولکول‌های آلی پیچیده هستند.
هر یک از فیلامنت‌های طیفی شکل خاصی (یا مورفولوژی) دارند. آن‌ها همچنین ساختارهای سرعتی و فراوانی‌های مولکولی متفاوتی دارند. در مقاله‌ای که کار تیم را توصیف می‌کند، نویسندگان بیان می‌کنند: “ما گمان می‌کنیم که این فیلامنت‌های باریک یک کلاس متفاوت از فیلامنت‌های گاز متراکم هستند که معمولاً در ابرهای مولکولی نزدیک مشاهده می‌شوند و ممکن است ناشی از تعاملات میان شوک‌ها و ابرهای مولکولی باشند.”
“ما می‌توانیم این‌ها را گردبادهای فضایی تصور کنیم: آن‌ها جریان‌های خشن گاز هستند که به سرعت پخش می‌شوند و مواد را به‌طور مؤثری در محیط توزیع می‌کنند”، شینگ لو، استاد پژوهشی در رصدخانه ستاره‌شناسی شانگهای و نویسنده همکار مقاله‌ای در مورد این فیلامنت‌ها گفت.
چه چیزی در پیش است؟
کشف پیشگامانه تیم یک پنجره به فرآیندهایی که در CMZ رخ می‌دهد و ماهیت چرخه‌ای آن‌ها می‌گشاید. برای خلاصه کردن آنچه که تا به حال می‌دانند، شوک‌ها فیلامنت‌های باریک ایجاد می‌کنند که SiO سیلیکون و مولکول‌های آلی CH3OH، CH3CN و HC3N را به منطقه آزاد می‌کنند. این‌ها بر روی دانه‌های گرد و غبار منجمد می‌شوند. پس از مدتی، این فیلامنت‌ها از بین می‌روند. این موضوع مواد آزاد شده ناشی از شوک‌ها را در CMZ دوباره شارژ می‌کند و بین تخلیه مولکولی و تجدید آن تعادل ایجاد می‌کند. مشاهدات آینده در طول‌موج‌های دیگر باید به ستاره‌شناسان کمک کند تا ماهیت تکاملی این فیلامنت‌ها و رویدادهایی که شکل‌گیری و از بین رفتن آن‌ها را تحریک می‌کنند، درک کنند.
