وقتی تولد و مرگ ستاره‌ها حباب می‌آفریند

خوشه‌ای به نام وسترلوند ۱ که عنوان پرجرم‌ترین، درخشان‌ترین و نزدیک‌ترین «ابرخوشه ستاره‌ای» راه شیری را با خود یدک می‌کشد. با وجود آن‌که این غول ستاره‌ای تنها حدود ۱۲ هزار سال نوری از ما فاصله دارد و در صورت فلکی «قربانگاه» (Ara) واقع شده است، به‌دلیل پوشش انبوه غبار کیهانی، با چشم غیرمسلح دیده نمی‌شود. اما همین خوشه پنهان، به‌تازگی رازی شگفت‌انگیز را آشکار کرده است: وسترلوند ۱ در حال دمیدن یک حباب عظیم از پرتوهای گاما به فضای زیر صفحه کهکشان ماست.

این کشف که در نشریه معتبر Nature Communications منتشر شده، نخستین باری است که اخترشناسان توانسته‌اند با استفاده از مشاهدات پرتو گاما، چنین جریان خروجی عظیمی را از یک خوشه ستاره‌ای درون کهکشان ردیابی کنند. رهبری این پژوهش را ماریان لوموان-گومار از دانشگاه بوردو بر عهده داشته است. تیم او با دقتی مثال‌زدنی، ۱۷ سال داده‌های تلسکوپ فضایی فرمی (Fermi) را بررسی و پالایش کردند تا این ساختار پنهان و پیش‌تر ناشناخته را آشکار سازند.

ابرخوشه‌های ستاره‌ای مانند وسترلوند ۱، مجموعه‌هایی فوق‌العاده متراکم از ستارگان هستند که جرمی بیش از ده هزار برابر جرم خورشید را در حجمی نسبتاً کوچک جای داده‌اند. چنین خوشه‌هایی مملو از ستارگان بسیار پرجرم و جوان‌اند؛ ستارگانی که عمر کوتاهی دارند، اما در همین عمر کوتاه، تأثیری عظیم بر محیط اطراف خود می‌گذارند. این ستارگان «سریع زندگی می‌کنند و خشن می‌میرند»؛ یعنی با بادهای ستاره‌ای قدرتمند و انفجارهای ابرنواختری، انرژی عظیمی را به فضای پیرامون خود تزریق می‌کنند.

این فرایندهای پرانرژی، گازهای اطراف را به بیرون می‌رانند و هم‌زمان ذراتی موسوم به پرتوهای کیهانی را تا نزدیکی سرعت نور شتاب می‌دهند. پرتوهای کیهانی ذرات بارداری هستند که در سراسر کهکشان پراکنده می‌شوند، اما ردیابی منشأ آن‌ها کار ساده‌ای نیست. میدان‌های مغناطیسی کهکشان مسیر حرکت این ذرات را منحرف می‌کنند و در نتیجه، اطلاعات مربوط به محل پیدایش‌شان به‌هم می‌ریزد.

در این میان، پرتوهای گاما نقش کلیدی ایفا می‌کنند. برخلاف پرتوهای کیهانی باردار، پرتوهای گاما بدون انحراف و در مسیر مستقیم حرکت می‌کنند. زمانی که پرتوهای کیهانی با ماده، مانند گازهای میان‌ستاره‌ای، برخورد می‌کنند، پرتوهای گاما تولید می‌شود. این تابش گاما دقیقاً از محل برخورد ساطع می‌شود و مانند ردپایی درخشان، اخترشناسان را مستقیم به منبع فعالیت‌های پرانرژی هدایت می‌کند.

با تکیه بر کشفی که در سال ۲۰۲۲ توسط تلسکوپ‌هایی در نامیبیا انجام شده بود، تیم لوموان-گومار داده‌های فرمی را با وسواس فراوان پالایش کرد. آن‌ها منابع مزاحم و آلاینده را از داده‌ها حذف کردند تا تنها سیگنال‌های مرتبط با خود خوشه باقی بماند. نتیجه این تلاش، شگفت‌انگیز بود: حبابی عظیم از تابش گاما که بیش از ۶۵۰ سال نوری امتداد دارد و از خوشه وسترلوند ۱ به سمت پایین، یعنی دور از صفحه کهکشانی، گسترش یافته است.

این حباب گامایی، حدود ۲۰۰ برابر بزرگ‌تر از خود خوشه وسترلوند ۱ است و نشانه‌ای از یک جریان خروجی تازه‌متولدشده به شمار می‌رود که توسط ستارگان جوان و پرجرم این خوشه به فضا رانده شده است. موقعیت وسترلوند ۱ نیز در شکل‌گیری این ساختار نقش مهمی دارد. این خوشه اندکی پایین‌تر از صفحه کهکشان قرار گرفته است؛ بنابراین، جریان خروجی ترجیح می‌دهد در مسیری گسترش یابد که مقاومت کمتری دارد. فضای زیر صفحه کهکشانی چگالی کمتری دارد و همین موضوع باعث شده است که حباب پرتو گاما عمدتاً به سمت پایین، یعنی به نواحی کم‌تراکم‌تر، توسعه یابد.

چنین جریان‌های خروجی از پرتوهای کیهانی، حامل مقادیر عظیمی انرژی هستند و نقش‌های بسیار مهمی در تحول کهکشان‌ها ایفا می‌کنند. این جریان‌ها می‌توانند فرآیند شکل‌گیری ستاره‌ها را تنظیم کنند، بادهای عظیم در مقیاس کهکشانی به راه بیندازند و عناصر سنگین تولیدشده در دل ستارگان را در سراسر کهکشان پخش کنند. به بیان دیگر، این پدیده‌ها به‌طور مستقیم در تعیین سرنوشت شیمیایی و ساختاری کهکشان‌ها دخیل‌اند.

کشف حباب گامایی وسترلوند ۱ نشان می‌دهد که خوشه‌های ستاره‌ای نه‌تنها زادگاه ستارگان‌اند، بلکه موتورهایی نیرومند برای انتقال انرژی و ماده در کهکشان محسوب می‌شوند. تا پیش از این، چنین جریان‌هایی بیشتر به هسته‌های کهکشانی فعال یا انفجارهای عظیم نسبت داده می‌شدند، اما این پژوهش نشان می‌دهد که حتی یک خوشه ستاره‌ای می‌تواند اثری در مقیاس صدها سال نوری بر محیط اطراف خود بگذارد.

اکنون تیم پژوهشی قصد دارد به جست‌وجوی ساختارهای مشابه در اطراف دیگر خوشه‌های ستاره‌ای بپردازد. با این حال، وسترلوند ۱ به‌دلیل ترکیب منحصربه‌فردی از جرم بسیار زیاد، درخشندگی بالا و فاصله نسبتاً کم از زمین، هدفی ایده‌آل برای چنین مطالعاتی به شمار می‌رود. همین ویژگی‌ها باعث شده‌اند که این خوشه، به آزمایشگاهی طبیعی برای بررسی تعامل میان ستارگان پرجرم، پرتوهای کیهانی و محیط میان‌ستاره‌ای تبدیل شود.

در نهایت، این کشف نه‌تنها پرده از فعالیتی پنهان در دل کهکشان ما برمی‌دارد، بلکه دیدگاه تازه‌ای درباره نقش خوشه‌های ستاره‌ای در تکامل کهکشانی ارائه می‌دهد. حباب عظیم پرتو گامایی وسترلوند ۱ یادآور این حقیقت است که حتی در بخش‌هایی از کیهان که از دید ما پنهان مانده‌اند، فرایندهایی در جریان‌اند که ساختار و آینده جهان را شکل می‌دهند.