سحابی چیست؟ هرآنچه باید درباره زیباترین اجرام کیهان بدانید

Nebula (سحابی) کلمه‌ای لاتین به معنی «ابر» است. زمانی که تلسکوپ‌ها به اندازه‌ی امروز قدرتمند نبودند، اصطلاح سحابی اجرام دیگر از جمله کهکشان‌هایی مثل آندرومدای همسایه را در بر می‌گرفت و اغلب با عنوان «سحابی آندرومدا» از آن یاد می‌شد.

بااین‌حال، مزیت تلسکوپ‌های کنونی این است که کهکشان‌ها برخلاف تصور گذشته نه‌تنها ساختار ابری نیستند بلکه از میلیاردها ستاره‌ تشکیل شده‌اند. امروزه واژه سحابی برای ابرهای گاز و غبار داخل کهکشان‌ها به کار می‌رود.

سحابی ابری عظیم از گاز و غبار میان‌ستاره‌ای است که نقش مهمی در چرخه‌ی حیات ستاره‌ها ایفا می‌کند. سحابی‌ها شکل‌ها و اندازه‌های مختلفی دارند و چشم‌اندازهای کیهانی جذابی را به وجود می‌آورند. این اجرام بر اساس چگونگی و محل‌ شکل‌گیری ترکیب‌های متفاوتی دارند.

اغلب سحابی‌ها بسیار بزرگ هستند و گاهی قطر آن‌ها به صدها سال نوری می‌رسد. بسیاری از تصاویر جذاب تلسکوپ‌های هابل و جیمز وب مثل «ستون‌های آفرینش» متعلق به سحابی‌ها هستند.

سحابی‌ها معمولاً با طرح‌های زیبا و چشم‌نواز شناخته می‌شوند که از مواد میان‌ستاره‌ای متنوعی ساخته شده‌اند. این ابرهای‌ ساخته‌شده از گاز و غبار و پلاسما، بقایای فرآیندهای ستاره‌ای مثل گداخت هیدروژنی در ستاره‌ها، بادهای ستاره‌ای و انفجارهای ابرنواختر هستند.

ترکیب سحابی‌ها بر اساس سن‌، موقعیت و دیگر شرایط فیزیکی متفاوت است. برای مثال ممکن است عنصر غالب برخی سحابی‌ها هیدروژن باشد در حالی که برخی دیگر مقدار زیادی هلیوم، کربن، نیتروژن و اکسیژن داشته باشند. همچنین گاز و غبار داخل سحابی‌ها می‌تواند یونیزه شود، به این صورت که مقدار زیادی الکترون از دست بدهد یا به دست بیاورد و این فرایند به انتشار نور در طول موج‌های مختلف و تولید رنگ‌ها و الگوهای متفاوت در سحابی‌ها می‌انجامد.

به‌طور کلی ترکیب و ساختار سحابی‌ها موضوع پژوهشی جذابی در حوزه‌های اخترفیزیک و ستاره‌شناسی است؛ زیرا سرنخ‌های مهمی را درباره‌ی تاریخچه و تکامل جهان دربردارند.

سحابی‌ها بر اساس چگونگی شکل‌گیری و ترکیب انواع مختلفی دارند. اغلب سحابی‌ها عمدتا از گاز تشکیل شده‌اند که به درخشش آن‌ها و نمایشی رنگارنگ کمک می‌کنند. اما سحابی‌های دیگری هم وجود دارند که به دلیل ترکیب غبارآلود درخشش بالایی ندارند.

سحابی‌های زایشگاه ستارگان به دو دسته‌ی اصلی تقسیم می‌شوند. سحابی‌های انعکاسی و سحابی‌های انتشاری. سحابی انعکاسی به زایشگاهی ستاره‌ای گفته می‌شود که به جای انتشار نور، نور را منعکس می‌کند. سحابی انعکاسی می‌تواند نور منتشر کند با این حال تراکم آن معمولاً مانع از فرار نورها به داخل فضا می‌شود. این نوع سحابی در واقع نور ستاره‌های نزدیک را منعکس می‌کند. از آنجا که سحابی انعکاسی به‌جای انتشار نور، آن را منعکس می‌کند به‌سختی می‌توان ترکیب آن را حدس زد. وقتی ستاره‌شناس‌ها طیفی از سحابی انعکاسی را ایجاد می‌کنند این طیف، ترکیب نور انعکاسی و بنابراین ترکیب اجرام نزدیک به سحابی را آشکار می‌کند. با نگاه کردن به رنگ سحابی می‌توان به انعکاسی بودن آن پی برد. این سحابی‌ها معمولاً نور آبی پخش می‌کنند و بخش زیادی از آن‌ها به رنگ آبی است.

سحابی‌های انتشاری کاملاً در نقطه‌ی مقابل همتایان انعکاسی خود قرار دارند. این سحابی‌ها اغلب محل تولد ستاره‌ها هستند و حجم انرژی آزادشده توسط ستاره‌های در حال تولد، باعث یونیزه شدن اتم‌های داخل سحابی می‌شود. فوتون‌های پرانرژی با اتم‌های مجاور برخورد می‌کنند و باعث جهش الکترون‌ها به سطح بالاتری از انرژی می‌شوند. وقتی الکترون‌ها به سطح انرژی اصلی خود بازمی‌گردند، انرژی ذخیره‌شده‌ی خود را به شکل فوتون آزاد کرده و نور منتشر می‌کنند. بنابراین سحابی‌های انتشاری می‌توانند نور خود را تولید کنند. به همین دلیل ستاره‌شناس‌ها می‌توانند به شکلی دقیق ترکیب سحابی‌های انتشاری را با استفاده از روش طیف‌سنجی آشکار کنند. سحابی انتشاری را هم می‌توان بر اساس رنگ آن شناسایی کرد. اتم‌های برانگیخته‌ی هیدروژن معمولا باعث رنگ سرخ این سحابی‌ها هستند.

برخی سحابی‌ها حاصل پایان عمر ستاره‌هایی هستند که مواد خود را به داخل فضا منتشر کرده‌اند. سحابی باقی‌مانده از ستاره‌ها به دو دسته تقسیم می‌شوند: سحابی‌های سیاره‌ای و سحابی‌های ابرنواختر.

هر ستاره‌ای عمر خود را با فروپاشی گرانشی ابر گاز هیدروژن آغاز می‌کند.. با جمع شدن توده‌های هیدروژن و تشکیل ابرهای عظیم، دمای هیدروژن افزایش می‌یابد. با برقراری شرایط گداخت هسته‌ی هیدروژنی به هسته‌ی هلیومی، فرآیند تولد ستاره‌ آغاز می‌شود. با وقوع همجوشی هیدروژنی در هسته‌ی ستاره، انرژی تولیدشده مخالف گرانش ستاره است و به‌این‌ترتیب وضعیت موازنه در ستاره برقرار می‌شود. بااین‌حال تمام ستاره‌ها دارای منبع محدودی از هیدروژن هستند. در نهایت، منبع انرژی ستاره به پایان می‌‌رسد. اگر ستاره به خورشید ما شباهت داشته باشد، اتمام منبع هیدروژنی به تشکیل هلیوم در هسته‌ی ستاره می‌انجامد.

وقتی شرایط همجوشی هلیومی هم امکان‌پذیر نباشد، گرانش ستاره غلبه می‌کند و فرایند فروپاشی ستاره آغاز می‌شود. با فروپاشی ستاره، دما و چگالی آن هم افزایش می‌یابند. بدین‌ترتیب ستاره هلیوم را به عناصر سنگین‌تری مثل کربن و اکسیژن تبدیل می‌کند.

با سوزاندن عناصر سنگین‌تر، انرژی هسته بر گرانش ستاره غلبه می‌کند. ستاره فراتر از اندازه‌ی اصلی خود منبسط می‌شود. با رشد ستاره، گرمای سطحی آن روی سطح بزرگ‌تری پخش می‌شود. حاصل این فرآیند سرد شدن تدریجی لایه‌های بیرونی ستاره و قرمز شدن رنگ آن است. در این مرحله ستاره اصطلاحا به غول سرخ تبدیل می‌شود. این فرایند انقباض و انبساط چند بار رخ می‌دهد تا اتم‌های مختلفی تشکیل شوند و در هسته‌ی ستاره بسوزند. گرچه ستاره فراتر از ابعاد اصلی خود منبسط می‌شود، جرم آن کاهش پیدا می‌کند. با انبساط بیشتر ستاره، گرانش آن هم ضعیف می‌شود و دیگر قادر به حفظ اجزای ستاره نیست. لایه‌های بیرونی ستاره به‌تدریج تبخیر می‌شوند. در نهایت ستاره بخش زیادی از مواد خود را از دست می‌دهد و فقط پوسته‌ای از مواد ستاره‌ای باقی می‌مانند که به سحابی سیاره‌ای تبدیل می‌شوند.

ستارگان کلان‌جرم مرگ متفاوتی نسبت به ستاره‌های کم‌جرم دارند. از آنجا که جرم این ستاره‌ها بسیار بالا است، فروپاشی گرانشی ستاره هم شدیدتر خواهد بود و به ترکیب عناصر سنگین‌تر می‌انجامد. وقتی آهن در هسته‌ی ستاره‌ی کلان جرم شکل بگیرد، سرنوشت آن رقم می‌خورد. گرچه اغلب ستاره‌های کلان‌جرم می‌توانند آهن را به عناصر سنگین‌تری تبدیل کنند، انرژی جذب‌شده در فرایند گداخت آهن بسیار بیشتر از انرژی آزادشده است.

بنابراین گرانش ستاره کنترل کامل را به دست می‌گیرد و فروپاشی نهایی آن اجتناب‌ناپذیر می‌شود. به‌این‌ترتیب فشارهای هسته به‌قدری بالا می‌روند که اتم‌ها به یکدیگر فشرده می‌شوند و حتی الکترون‌ها و پروتون‌ها برای تشکیل نوترون با یکدیگر آمیخته می‌شوند. هسته‌ی ستاره به‌این‌ترتیب کاملا از نوترون ساخته می‌شود و ستاره‌ی نوترونی را شکل می‌دهد. فروپاشی لایه‌های خارجی بر ستاره‌ی نوترونی در حال شکل‌گیری تأثیر می‌گذارد و در انفجاری عظیم موسوم به ابرنواختر یا سوپرنوا منفجر می‌شود. انرژی آزادشده از چنین انفجاری می‌تواند بر درخشش کل ستاره‌های اطراف در کهکشان غلبه کند. به‌این‌ترتیب مواد ستاره به داخل فضا می‌پاشند و بقایای سوپرنوا را تشکیل می‌دهند.

سحابی تاریک به ابری از گاز و غبار گفته می‌شود که به دلیل نواحی درخشان مواد ستاره‌ای و ستاره‌های پس‌زمینه آشکار می‌شود. این سحابی به شکل سایه‌ای در برابر پس‌زمینه‌ی درخشان آشکار می‌شود و شکل‌ها و ساختارهای جذابی را شکل می‌دهد.

همچنین سحابی‌های مات وجود دارند که پرتوی مرئی را منتشر نمی‌کنند و پس‌زمینه‌ی درخشانی ندارند بلکه باعث مسدود شدن نور پس‌زمینه‌ی خود می‌شوند. سحابی‌های تاریک هم مانند سحابی‌های انعکاسی و انتشاری به دلیل داشتن غبار، منابع پرتوهای فروسرخ هستند.

از سحابی‌های تاریک می‌توان به سحابی کله‌ اسبی و سحابی کیسه زغال (CoalSack) اشاره کرد. این سحابی‌ها از ابرهای ضخیم غباری تشکیل شده‌اند و نور گازهای پشت سر خود را مسدود می‌کنند.

برخی اجرام آسمان شب، ترکیبی از انواع سحابی‌ها هستند. سحابی سه‌تکه (Trifid)، نمونه‌ی بارزی از سحابی ترکیبی است. این سحابی از یک سحابی انتشاری، یک سحابی انعکاسی و یک سحابی تاریک تشکیل شده و ساختار منحصر‌به‌فرد و پیچیده‌ای دارد.

در سال ۱۶۱۰، نیکولاس کلود فابری دی پیرسک سحابی شکارچی را با استفاده از تلسکوپ کشف کرد. این سحابی در سال ۱۶۱۸ توسط یوهان باپتیست سیسات هم رصد شد. با این‌حال کریستین هویگنس اولین شخصی بود که در سال ۱۶۵۹ به بررسی دقیق سحابی شکارچی پرداخت.

در سال ۱۷۱۵، ادموند هالی فهرستی از شش سحابی را منتشر کرد. این رقم در طول همان قرن به مرور افزایش یافت تا جایی که ژان فیلیپ دو شزو فهرستی ۲۰ تایی را در سال ۱۷۵۶ ارائه داد. نیکولاس لوییس دو لاکای فهرست ۴۲ سحابی را منتشر کرد که اغلب آن‌ها ناشناخته بودند. چارلز مسیه فهرست ۱۰۳ تایی از سحابی‌ها را در سال ۱۷۸۱ منتشر کرد که امروز با عنوان اجرام مسیه شناخته می‌شوند.

تعداد سحابی‌ها به شکل چشمگیری به لطف تلاش‌های ویلیام هرشل و خواهرش کارولین هرشل افزایش یافتند. کاتالوگ هزارتایی آن‌ها با عنوان سحابی‌های جدید و خوشه‌های ستاره‌ای در سال ۱۷۸۶ منتشر شد. دومین کاتالوگ هزارتایی هم در سال ۱۷۸۹ و سومین کاتالوگ با رقم ۵۱۰ سحابی در سال ۱۸۰۲ منتشر شدند. ویلیام هرشل در طول پژوهش‌های خود باور داشت این سحابی‌ها در واقع خوشه‌های حل‌نشده‌ی ستاره‌ای هستند. بااین‌حال در سال ۱۷۹۰ ستاره‌ای احاطه شده با یک سحابی را کشف کرد و به این نتیجه رسید که ساختار کشف‌شده غبار واقعی بوده، نه صرفاً یک ستاره‌ی دوردست.

ویلیام هاگینز در سال ۱۸۶۴ به بررسی طیفی ۷۰ سحابی پرداخت. او متوجه شد یک سوم از سحابی‌ها دارای طیف انتشاری از یک گاز هستند. بقیه طیف‌های پیوسته‌ای را نشان داند و تصور می‌شد از جرم ستاره‌ها تشکیل شده‌اند. سومین دسته در سال ۱۹۱۲ توسط وستو سیلفر منتشر شد.

در سال ۱۹۲۳ و به دنبال بحث‌ها مشخص شد که بسیاری از سحابی‌ها در واقع کهکشان‌های دورتر از راه شیری هستند. سیلفر و هابل به جمع‌آوری طیف‌های سحابی‌های مختلف ادامه دادند و ۲۹ سحابی با طیف انتشاری و ۳۳ سحابی با طیف نور ستاره‌ای را کشف کردند.

بی‌شمار سحابی زیبا و البته شناخته‌شده در جهان وجود دارند. در این بخش فهرستی کوتاه از سحابی‌های معروف را معرفی می‌کنیم که سوژه‌های تلسکوپ‌های عظیمی مثل تلسکوپ فضایی هابل و جیمز وب بوده‌اند.

سحابی نعل اسب که با اسم‌های سحابی قو و سحابی اومگا هم شناخته می‌شود در صورت فلکی کمان قرار دارد. فیلیپ لویز لویس دو شزو این سحابی را در سال ۱۷۴۵ کشف کرد و چارلز مسیه آن را در سال ۱۷۶۴ دسته‌بندی کرد. این سحابی بین ۵۰۰۰ تا ۶۰۰۰ سال نوری از زمین فاصله دارد و دارای قطر ۱۵ سال نوری است. نعل‌ اسب یکی از درخشان‌ترین و سنگین‌ترین مناطق شکل‌گیری ستاره‌ای در کهکشان راه شیری به شمار می‌رود.

سحابی عقاب یا مسیه ۱۶، خوشه‌ی جوانی از ستاره‌ها است که در صورت فلکی مار قرار دارد و توسط ژان فیلیپ دو شزو در سال ۱۷۴۵ کشف شد. این سحابی چند منطقه‌ی فعال گاز و غباری تولد ستاره‌ای از جمله منطقه‌ی معروف ستون‌های آفرینش را شامل می‌شود. فاصله‌ی سحابی عقاب تا زمین ۵۷۰۰ سال نوری است.

سحابی حلقه‌ی جنوبی یا NGC 3132، سحابی سیاره‌ای معروف و درخشان در صورت فلکی بادبان است. فاصله‌ی این سحابی از زمین تقریباً ۲۰۰۰ سال نوری است و به همین دلیل پژوهشگرها بررسی‌های زیادی را روی آن انجام داده‌اند. سحابی حلقه‌ی جنوبی یکی از اجرام انتخابی برای رصد با تلسکوپ فضایی جیمز وب در زمان آغاز به کار این تلسکوپ بود.

تصاویر سحابی حلقه‌ی جنوبی دو ستاره‌ی نزدیک به یکدیگر را نشان می‌دهند. ستاره‌ی مرکزی این سحابی سیاره‌ای از نوع کوتوله‌ی سفید است. ستاره‌ی درخشان و داغ مرکزی از نوع ستاره‌های توالی اصلی نوع A محسوب می‌شود که حداقل ۱۲۷۷ واحد نجومی از کوتوله‌ی سفید فاصله دارد.

سحابی پرده (Veil)، ابری از گاز و غبار یونیزه و داغ است که در صورت فلکی ماکیان قرار دارد. فاصله‌ی این سحابی باقی‌مانده‌ی ابرنواختر تا زمین به ۲۴۰۰ سال نوری می‌رسد و بخش زیادی از آن را اکسیژن، سولفور و هیدروژن تشکیل می‌دهد. ویلیام هرشل در سال ۱۷۸۴ این سحابی را کشف کرد.

سحابی خرچنگ (Crab) مانند سحابی پرده از بقایای ابرنواختر است. این سحابی در صورت فلکی گاو، در فاصله‌‌ی بین ۶۵۰۰ سال نوری از زمین قرار دارد. قطر این سحابی ۱۱ سال نوری است و در مرکز آن یک تپ‌اختر، نوعی ستاره‌ی نوترونی به قطر ۲۸ تا ۳۰ کیلومتر با سرعت چرخش ۳۰ بار در ثانیه قرار دارد.

سحابی کارینا (Carina) یا شاه‌تخته نوعی سحابی انتشاری است که منطقه‌ی عظیم و پیچیده‌ای از غبار تاریک و درخشان را در صورت فلکی شاه‌تخته دربرمی‌گیرد. این سحابی در فاصله‌ی تقریبی ۸۵۰۰ سال نوری از زمین قرار دارد. سحابی کارینا یکی از پنج جرم انتخابی برای رصدهای اولیه‌ی تلسکوپ جیمز وب بود. تلسکوپ جیمز وب، تصویری دقیق از منطقه‌ی شکل‌گیری ستاره‌ای به نام صخره‌های کیهانی را ثبت کرد.

سحابی انتشاری اوریون یا شکارچی که با نام‌های مسیه ۴۲ یا NGC 1976 هم شناخته می‌شود، در کهکشان راه شیری و صورت فلکی شکارچی قرار دارد. شکارچی یکی از درخشان‌ترین سحابی‌ها به حساب می‌آید که با چشم غیرمسلح با قدر ۴ در آسمان شب دیده می‌شود. اوریون همچنین نزدیک‌ترین منطقه‌ی شکل‌گیری ستاره به زمین است. طول این سحابی به ۲۴ سال نوری می‌رسد و ۱۳۴۴ سال نوری با زمین فاصله دارد.

سحابی سیاره‌ای چشم خدا که با اسامی هلیکس و سحابی مارپیچ هم شناخته می‌شود در فاصله‌ی ۶۵۰ سال نوری از زمین در صورت فلکی دلو قرار دارد. این سحابی حاصل ستاره‌ای با جرم متوسط تا کم جرم است که در پایان عمر خود لایه‌های خارجی‌اش را در فضا دفع کرده است. گازهای ستاره ساختاری چشم‌مانند را شکل می‌دهند. هسته‌ی ستاره‌ای مرکزی که ستاره‌ی مرکزی سحابی سیاره‌ای نامیده می‌شود از نوع کوتوله‌ی سفید است.

سحابی مرداب که با اسامی مسیه ۸ و NGC 6523 شناخته می‌شود، نوعی سحابی انتشاری در صورت فلکی کمان است. این سحابی در فاصله‌ای بین ۴۰۰۰ تا ۶۰۰۰ سال نوری از زمین قرار دارد و ابعاد آن ۱۱۰ در ۵۰ سال نوری است. این سحابی همچنین ساختار گردباد مانندی دارد که از نور فرابنفش ستاره‌ای از نوع O حاصل می‌شود.

سحابی کله‌اسبی نوعی سحابی تاریک کوچک است که با نام برنارد ۳۳ هم شناخته می‌شود. این سحابی همراه با سحابی همراه خود، شعله در صورت فلکی شکارچی قرار دارد و بخشی از مجموعه‌ی ابر مولکولی بزرگتر شکارچی است. فاصله‌ی این سحابی تا زمین ۱۳۷۵ سال نوری و شعاع آن ۳٫۵ سال نوری است.

سحابی‌ها که از درخشان‌ترین و زیباترین اجرام کیهانی هستند از ابرهای گاز و غباری با ترکیب‌های مختلف تشکیل شده‌اند. این اجرام بر اساس ترکیب به چند گروه اصلی تقسیم می‌شوند که عبارت‌اند از: سحابی زایشگاه ستاره‌ای (سحابی انتشاری و انعکاسی)، سحابی سیاره‌ای، سحابی باقی‌مانده ابرنواختر و سحابی تاریک. این اجرام از قرن‌های گذشته با تلسکوپ رصد شدند و امروز تلسکوپ‌های فضایی هابل و جیمز وب تصاویر شگفت‌انگیز و دقیقی از آن‌ها را ثبت می‌کنند.