ساعت‌شنی کیهانی: تصویر تلسکوپ جیمز وب از پیش‌ستاره‌ای غوطه‌ور در ابرهای تیره

ماه گذشته، تلسکوپ جیمز وب از ستون‌های آفرینش که احتمالاً مشهورترین عکس ثبت‌شده به‌وسیله تلسکوپ فضایی هابل در سال ۱۹۹۵ است، تصویر شگفت‌انگیز جدیدی به ما هدیه داد. تلسکوپ قدرتمند جدید اکنون با تصویر خیره‌کننده‌ای دیگر از ابر سیاهی به شکل ساعت شنی که یک پیش‌ستاره به نام L1527 را احاطه کرده، سرنخ‌هایی درباره شکل‌گیری ستاره‌ای تازه به اخترشناسان داده است.

تلسکوپ فضایی جیمز وب در دی ماه ۱۴۰۰ به فضا پرتاب شد و پس از پشت‌سرگذاشتن مراحل اضطراب‌‌آور گشودن سپر خورشیدی و آینه چندتکه در طول چند ماه، شروع به ثبت تصاویر شگفت‌انگیز کرد. اول، تصویر زمینه ژرف از کیهان بود که در ماه تیر شد و سپس داده‌هایی از اتمسفر سیاره‌ای خورشیدی، تصاویر سحابی حلقه جنوبی، خوشه‌ای کهکشانی به نام پنج‌قلوی استفان و سحابی شاه‌تخته (کارینا)، منطقه‌ای ستاره‌زا در فاصله تقریباً ۷۶۰۰ سال نوری از ما از راه رسیدند.

در ماه مرداد، تصاویر بسیار زیبایی از سیاره مشتری دریافت کردیم که در آن‌ها شفق‌های قطبی در هر دو قطب که ناشی از میدان مغناطیسی قدرتمند مشتری هستند و همچنین حلقه‌های نازک و قمرهای کوچک این غول گازی به چشم می‌خورند. ماه بعد، نمای پاناروما از ناحیه‌ای ستاره‌زا با طول حیرت‌انگیز ۳۴۰ سال نوری را در سحابی رتیل مشاهده کردیم. جیمز وب همچنین تصاویری دیدنی از نپتون و حلقه‌های آن را ثبت کرد. این حلقه‌ها از زمان پرواز وویجر ۲ از کنار این سیاره در سال ۱۹۸۹ به‌طور مستقیم رصد نشده بودند.

تازه‌ترین تصویر با دوربین فروسرخ نزدیک (نیرکم)، تصویربردار اصلی جیمز وب گرفته شده است. تاج‌نگارهای نیرکم به‌منظور ثبت تصاویر از اجسام بسیار کم‌نور، تمام نورهای تابیده از اجرام درخشان‌تر در مجاورت را مسدود می‌کنند. ابرهای تیره L1527 فقط در فروسرخ مشاهده‌پذیر هستند و نیرکم توانست ویژگی‌هایی را به تصویر بکشد که پیش‌تر از دید پنهان بودند.

در سال ۲۰۱۲، اخترشناسان از آرایه زیرمیلی‌متری که مجموعه‌ای از هشت تلسکوپ رادیویی و بخشی از تلسکوپ افق رویداد است، برای مطالعه قرص برافزایشی اطراف L1527 و اندازه‌گیری ویژگی‌های آن، ازجمله چرخش استفاده کردند. آن‌ها دریافتند که این قرص بسیار شبیه به سیاره‌های منظومه شمسی، حرکت کپلری از خود نشان می‌دهد و بدین وسیله توانستند جرم پیش‌ستاره را تعیین کنند. درنتیجه با آموختن جزئیات بیشتر در مورد L1527 می‌توانیم اطلاعات بیشتری درباره دوران نوزادی خورشید و منظومه شمسی به‌دست آوریم.

پیش‌ستاره‌ها ابتدایی‌ترین مرحله در تکامل ستارگان هستند که معمولاً درحدود ۵۰۰ هزار سال طول می‌کشند. این فرایند زمانی آغاز می‌شود که قطعه‌ای از یک ابر مولکولی از غبار و گاز متراکم، جرم کافی از ابر اطراف به‌دست می‌آورد تا تحت نیروی گرانش خود فروبپاشد و هسته‌ای دارای فشار تشکیل دهد. پیش‌ستاره‌ی نوپا سپس به کشیدن جرم به سمت خود ادامه می‌دهد و با چرخیدن مواد درحال سقوط به دور مرکز، قرص برافزایشی به‌وجود می‌آید.

پیش‌ستاره درون L1527 فقط صدهزار سال عمر دارد و درنتیجه مانند ستاره‌ای تمام‌عیار، انرژی خود را از همجوشی هسته‌ای که هیدروژن را به هلیوم تبدیل می‌کند، تولید نمی‌کند؛ بلکه انرژی آن از تابش منتشرشده به‌وسیله امواج ضربه‌ای روی سطح پیش‌ستاره و قرص برافزایشی‌اش ایجاد می‌شود. درحال‌حاضر، جرم مورد بحث اساساً یک توده گازی پف‌کرده کروی‌شکل با ۲۰ تا ۴۰ درصد جرم خورشید ما است. با جذب جرم و فشرده‌شدن هرچه بیشتر، هسته پیش‌ستاره به گرم‌شدن ادامه می‌دهد. درنهایت هسته آنقدر داغ می‌شود تا همجوشی هسته‌ای را آغاز کند و ستاره‌ای را به دنیا آورد.

تصویر جیمز وب نشان می‌دهد که چگونه مواد پرتاب‌شده از پیش‌ستاره L1527 حفره‌های خالی در بالا و پایین ایجاد کرده‌اند. قسمت‌های درخشان نارنجی و آبی نمایانگر محدوده‌هایی هستند که این حفره‌ها را مشخص می‌کنند. رنگ منطقه آبی بدین دلیل است که درمقایسه با مناطق نارنجی بالای خود، گردوغبار کمتری دارد. قرص برافزایشی به‌صورت نوار تیره ظاهر شده است. همچنین رشته‌هایی از هیدروژن مولکولی در تصویر وجود دارند که حاصل شوک‌های حاصل از مواد پرتاب‌شده پیش‌ستاره هستند.