ستاره‌شناسان یکی از ساختارهای بزرگ راه شیری را کشف کردند

۱۳/۸ میلیارد سال پیش جهان ما در انفجاری عظیم به نام بیگ بنگ متولد شد. این انفجار باعث ایجاد اولین ذرات زیراتمی و قوانین فیزیکی شد که امروز می‌شناسیم. درحدود ۳۷۰ هزار سال پس از تولد جهان، عنصر هیدروژن شکل گرفت که عنصر سازنده‌ی ستاره‌ها است. گداخت هیدروژنی و هلیومی در داخل ستاره‌ها باعث ایجاد عناصر سنگین‌تر شد. با اینکه هیدروژن به‌عنوان فراگیرترین عنصر در جهان باقی ماند، به‌سختی می‌توان ابرهای مستقل گاز هیدروژن را در فضای میان‌ستاره‌ای شناسایی کرد. به‌همین‌دلیل، پژوهش درباره‌ی اولین فازهای شکل‌گیری ستاره‌ها که سرنخ‌هایی درباره‌ی تکامل کهکشان‌ها و کیهان فراهم می‌کنند، کار دشواری است.

حالا گروهی بین‌المللی به‌رهبری ستاره‌شناسان مؤسسه‌ی نجوم ماکس پلانک (MPIA) به‌تازگی رشته‌ای عظیم از گاز هیدروژن اتمی را در کهکشان شناسایی کرده‌اند. این ساختار که مگی نامیده شده است، با فاصله‌ی ۵۵ هزار سال نوری در آن سوی راه شیری قرار دارد و یکی از ساختارهای طویل مشاهده‌شده در کهکشان است.

بالا: بخشی از راه شیری که ماهواره‌ی گایا از آژانس فضایی اروپا عکس‌برداری کرده است. در مستطیل، موقعیت رشته‌ی مگی در حالت رنگی کاذب مشخص شده است. این رشته توزیع هیدروژن اتمی را نشان می‌دهد (پائین). خط قرمز، مگی را نشان می‌دهد.

مقاله‌ی این پژوهش به سرپرستی جوناس سید، دانشجوی دکترای MPIA، در مجله‌ی Astronomy & Astrophysics منتشر شد. جوناس با پژوهشگران دانشگاه وین، مرکز اخترفیزیک اسمیتسونیان هاروارد (CfA)، مؤسسه‌ی نجوم رادیویی ماکس پلانک (MPIFR)، دانشگاه کالگری، دانشگاه هیدلبرگ، مرکز اخترفیزیک و علوم سیاره‌ای، مؤسسه‌ی نجوم ارگلاندر، مؤسسه‌ی هندی علوم و آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا (JPL) همکاری می‌کند.

پژوهش یادشده از داده‌های نقشه‌ی خطی بازترکیب /OH/HI یا THOR استفاده کرده است که یکی از برنامه‌های رصدخانه‌ی VLA (آرایه‌ی بسیار بزرگ) است. این پروژه با استفاده از بشقاب‌های رادیویی موج سانتی‌متری VLA شکل‌گیری ابر مولکولی، تبدیل هیدروژن اتمی به مولکولی، میدان مغناطیسی کهکشان و دیگر پرسش‌های مربوط به فضای میان ستاره‌ای و شکل‌گیری ستاره‌ها را بررسی می‌کند.

هدف اصلی پروژه پی‌بردن به چگونگی شکل‌گیری دو نوع متداول از همگرایی گاز هیدروژن برای ایجاد ابرهای متراکم است که به شکل‌گیری ستاره‌های جدید انجامیدند. این دو نوع هیدروژن اتمی (H) و هیدروژن مولکولی (H2) هستند. هیدروژن اتمی (H) یک اتم هیدروژن است که از یک پروتون و یک الکترون تشکیل شده است و هیچ نوترونی ندارد؛ اما هیدروژن مولکولی (H2) از دو اتم هیدروژن تشکیل شده است که با پیوند کووالانسی کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند. ناگفته نماند تنها هیدروژن مولکولی به‌شکل ابرهای نسبتاً فشرده درمی‌آید و زمینه‌ساز شکل‌گیری ستاره‌های جدید می‌شود.

فرایند گذار هیدروژن اتمی به هیدروژن مولکولی هنوز ناشناخته است. درحالی‌که طول بزرگ‌ترین ابرهای شناخته‌شده‌‌ی گاز مولکولی به ۸۰۰ سال نوری می‌رسد، طول مگی به ۳۹۰۰ سال نوری و عرض آن به ۱۳۰ سال نوری می‌رسد. سید در نشست اخیر می‌گوید:

موقعیت رشته‌ی مگی بر موفقیت ما تأثیر گذاشت. هنوز نمی‌دانیم در مگی چه می‌گذرد؛ اما این رشته نزدیک به ۱۶۰۰ سال نوری زیر صفحه‌ی راه شیری توسعه یافته است. همچنین، رصدها به ما اجازه می‌دهند سرعت اولیه‌ی گاز هیدروژن را تعیین کنیم. بدین‌ترتیب، می‌توانیم نشان دهیم سرعت‌ها در طول رشته تفاوت زیادی ندارند.

تحلیل پژوهشگران نشان می‌دهد ماده‌ی موجود در رشته سرعت متوسط ۵۴ کیلومتربرثانیه دارد. این سرعت با اندازه‌گیری نسبت به دیسک راه شیری به‌دست آمد؛ درنتیجه، تشعشعات در طول موج ۲۱ سانتی‌متر نسبت به پس‌زمینه‌ی کیهانی آشکار شدند و به کشف این ساختار انجامیدند. هنریک بیوتر، سرپرست THOR و یکی از مؤلفان پژوهش، دراین‌باره می‌گوید:

با رصدها توانستیم سرعت اولیه‌ی گاز هیدروژن را تعیین کنیم. بدین‌ترتیب، می‌توانیم تفاوت کم سرعت‌ها را در طول رشته نشان دهیم.

پژوهشگران به این نتیجه رسیدند که مگی ساختاری منسجم است. این یافته‌ها رصدهای یک‌ساله‌ی خوان دی‌سولر، اخترفیزیک‌دان دانشگاه وین و یکی از مؤلفان مقاله را تأیید می‌کنند. او پس از مشاهده‌ی رشته، نام طولانی‌ترین رودخانه‌ی کلمبیا،‌ سرزمین مادری‌اش را روی آن گذاشت: ریو ماگدالنا که به‌اختصار مارگارت یا مگی نامیده می‌شود. با اینکه مگی در اولین ارزیابی سولر روی داده‌های THOR شناسایی‌شدنی بود، تنها بررسی فعلی تمام شک‌های مربوط به آن را برطرف کرد.

بسیاری از پرسش‌ها بدون پاسخ می‌مانند. امیدواریم داده‌های بیشتر سرنخ‌هایی را درباره‌ی بخش گاز مولکولی آشکار کنند.

خوشبختانه به‌زودی مجموعه‌ای از رصدهای زمینی و فضایی آغاز خواهند شد و تلسکوپ‌های مجهز در آینده این ساختارها را بررسی خواهند کرد. این فناوری‌ها شامل تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) و نقشه‌های رادیویی مثل آرایه‌ی کیلومترمربعی (SKA) هستند که اجازه می‌دهند لحظات آغازین کیهانی و اولین ستاره‌های جهان را بررسی کنیم.