ثبت شاهکار کیهانی شبیه به تابلوی شب پر ستاره ون گوگ با دوربین 570 مگاپیکسلی انرژی تاریک - هولی

پایکوبی نور و غبار در صورت فلکی تاج جنوبی

اخترشناسان با نشانه گیری دوربین قدرتمند 570 مگاپیکسلی انرژی تاریک (Dark Energy Camera یا به اختصار DECam) به سمت نیم کره جنوبی آسمان، نمایی بی نظیر از سحابی ها، ستاره های جوان و خوشه های ستاره ای ثبت نموده اند. این تصویر متمرکز بر منطقه شکل گیری ستاره ای در صورت فلکی تاج جنوبی (Corona Australis) است. شباهت این ساختار کیهانی به شاهکار پست امپرسیونیستی ون گوگ یعنی تابلوی شب پر ستاره، فراتر از یک تشبیه ساده است. در نقاشی ون گوگ، جریان های هوای آشفته باعث لرزش و چرخش نور ستاره ها در میان ابرها می شوند. در این پدیده واقعی کیهانی نیز دقیقاً بادها و پرتوهای شدید صادر شده از ستاره های نوزاد هستند که به ابرای غول پیکر مولکولی تاج جنوبی شکل می دهند و جریان های مواج غبار را ایجاد می نمایند.

این ابر مولکولی در فاصله تقریبی 430 سال نوری از ما قرار گرفته است که در مقیاس های نجومی، همسایه دیوار به دیوار زمین و یکی از نزدیک ترین زایشگاه های ستاره ای به منظومه شمسی به شمار می رود. در دل این توده متراکم، گرانش در حال متراکم کردن گاز و غبار برای خلق ستاره های نو است. بعضی از این ستاره های نوزاد اکنون به میزان ای رشد نموده اند که با بادهای ستاره ای خود، پوشش غلیظ گازی اطراف را کنار زده و پرتوهای درخشان خود را به فضای بیرون می تابانند. این فرآیند باعث می گردد که بخش هایی از سحابی تاریک مجاور به صورت سحابی های بازتابی درخشان نمایان گردد.

ستاره های نوزاد و سحابی بازتابی درخشان

در کانون این غوغای کیهانی، سیستم ستاره ای دوگانه آر تاج جنوبی (R Coronae Australis) قرار گرفته است. این دو ستاره با فاصله ای نسبتاً زیاد در یک مدار طولانی هر 43 تا 47 سال یک بار به دور یکدیگر می چرخند. همدم کوچک تر این سیستم یک کوتوله سرخ است؛ سردترین، کوچک ترین و کم جرم ترین نوع از ستاره های رشته اصلی که طولانی ترین عمر را در میان تمام ستارگان دنیا دارند. در مقابل، همدم بزرگ تر یک ستاره پیش رشته اصلی (Pre-main-sequence star) است. این جرم کیهانی بیشتر جرم نهایی خود را جمع آوری نموده اما هنوز دمای هسته آن به قدری بالا نرفته که جوش هسته ای هیدروژن را شروع کند. با این حال، انرژی ساطع شده از انقباض گرانشی آن به حدی است که گازها و غبارهای اطراف را به شدت روشن می نماید. این منطقه نورانی به عنوان سحابی گسیلشی NGC 6729 شناخته می گردد که مانند فانوسی در تاریکی ابرها می درشد.

البته این سیستم دوگانه تنها ساکن این گهواره ستاره ای نیست. ده ها ستاره نوزاد دیگر نیز در حال متولد شدن در اعماق این ابر تاریک هستند. تقابل بادهای ستاره ای پرانرژی این نوزادان کیهانی با اتمسفر سرد ابر مولکولی، ساختارهایی روان و آشفته شبیه به گرداب های نقاشی ون گوگ ایجاد می نماید که در سراسر تصویر با رنگ های قهوه ای تیره و طلایی دیده می شوند.

چلچراغی در اعماق تاریکی کیهان

در گوشه بالای سمت راست تصویر، پدیده درخشان دیگری خودنمایی می نماید که تضاد زیبایی با ابرهای تاریک و قهوه ای رنگ سمت چپ دارد. این شیء کروی پر از ستاره، خوشه ستاره ای کروی NGC 6723 است که به علت درخشش بی نظیرش به خوشه چلچراغ (Chandelier Cluster) معروف شده است. این خوشه کروی میزبان صدها هزار ستاره قدیمی است که در ساختاری فشرده و متقارن در کنار یکدیگر قرار گرفته اند. اگرچه در نگاه نخست به نظر می رسد این خوشه در همسایگی ابر مولکولی تاج جنوبی قرار گرفته است، اما این صرفاً یک خطای دید ناشی از پرسپکتیو آسمان است.

خوشه چلچراغ در واقع بسیار دورتر از این زایشگاه ستاره ای محلی قرار گرفته است. در حالی که ابر مولکولی تاج جنوبی تنها 430 سال نوری با ما فاصله دارد، خوشه کروی NGC 6723 در فاصله بزرگ 29 هزار سال نوری از زمین واقع شده است. این خوشه ستاره ای پیر، در هاله کهکشان راه شیری قرار گرفته است و سن بعضی از ستارگان آن به بیش از 10 میلیارد سال می رسد، یعنی ستارگانی که تقریباً هم سن خود دنیا هستند و نسل های اولیه ستاره سازی را در کهکشان ما نمایندگی می نمایند.

راز ریاضی آشفتگی های تابلوی ون گوگ و فیزیک سیالات کیهانی

یکی از موضوعات هیجان انگیزی که این تصویر دوباره آن را به زبان ها انداخته، دقت علمی عجیب نقاشی شب پر ستاره ون گوگ است. پژوهش هایی که در حوزه دینامیک سیالات اجرا شده نشان می دهد الگوهای چرخشی ابرها در نقاشی این هنرمند هلندی، انطباق ریاضی شگفت انگیزی با پدیده آشفتگی فیزیکی (Turbulence) و قانون کولموگوروف دارد. ون گوگ این اثر را در دوران اقامت خود در آسایشگاه و در شرایط روحی خاص کشید، اما به نظر می رسد غریزه بصری او جریان های پیچیده و آشفته هوا را به دقیق ترین شکل ممکن درک و ثبت نموده است.

در فیزیک کیهانی نیز ابرها دقیقا از همین قوانین سیالات پیروی می نمایند. وقتی بادهای ستاره ای پرسرعت از ستاره های داغ و تازه متولد شده خارج می شوند، با گازهای سرد و ساکن ابر مولکولی برخورد می نمایند. این برخورد شدید باعث ایجاد جبهه های موجی، تلاطم و جریان های گردابی در گازهای میان ستاره ای می گردد. تصویری که دوربین انرژی تاریک ثبت نموده، در حقیقت نمایی واقعی از مکانیک سیالات در مقیاس چند سال نوری است؛ جایی که قوانین فیزیک با هنر امپرسیونیستی پیوند می خورند.

تفاوت خوشه های ستاره ای کروی و باز در زایشگاه های کیهانی

برای درک بهتر ساختار این تصویر، باید به تفاوت ماهوی میان خوشه های ستاره ای کروی مانند خوشه چلچراغ و زایشگاه های ستاره ای بپردازیم. ابرهای مولکولی نظیر تاج جنوبی محیط هایی هستند که خوشه های ستاره ای باز (Open Clusters) را متولد می نمایند. ستاره های متولد شده در این ابرها پیوند گرانشی ضعیفی با یکدیگر دارند و به مرور زمان از هم جدا شده و در کهکشان پراکنده می شوند. خورشید ما نیز میلیاردها سال پیش در یکی از همین ابرها متولد شده و سپس از خواهران خود جدا شده است.

در مقابل، خوشه های کروی ساختارهایی بسیار باستانی، چگال و پایدار هستند. این خوشه ها در دوران اولیه شکل گیری کهکشان راه شیری پدید آمده اند و به علت گرانش قوی و تعداد بسیار زیاد ستارگان، توانسته اند میلیاردها سال ساختار کروی خود را حفظ نمایند. تصویر نو دوربین انرژی تاریک به ما امکان می دهد تضاد میان شروع زندگی ستاره ها در ابرهای سرد و سرانجام مسیر تکاملی ستارگان در خوشه های باستانی را در یک قاب تماشا کنیم.

چرا دوربین های مگاپیکسلی نجومی برای درک کیهان حیاتی هستند؟

بسیاری از مردم با تماشا تصاویری با رزولوشن بالا مانند کارکرد دوربین 570 مگاپیکسلی DECam این سوال را می پرسند که چرا به چنین کیفیت و سنسورهای غول پیکری احتیاج داریم؟ پاسخ در ماهیت نورهای بسیار ضعیف کیهانی نهفته است. سنسورهای بزرگ به اخترشناسان اجازه می دهند تا پهنه وسیعی از آسمان را با وضوح فوق العاده بالا ثبت نمایند. این دوربین ها مجهز به فیلترهای نوری ویژه ای هستند که طول موج های خاصی از نور را از غبارهای غلیظ عبور می دهند تا جزئیات پنهان درون سحابی های تاریک آشکار گردد.

اگر دانشمندان از تلسکوپ های معمولی با میدان دید محدود استفاده می کردند، هرگز نمی توانستند ارتباط ساختاری میان بخش های مختلف ابر مولکولی تاج جنوبی و تضاد بصری آن با خوشه کروی NGC 6723 را در یک قاب منسجم به تصویر بکشند. این دوربین ها ابزاری برای نقشه برداری کلان از کیهان و درک نحوه توزیع ماده تاریک و انرژی تاریک در مقیاس های بزرگ هستند.

تجهیزات رصدی شیلی و نقش تلسکوپ های زمینی در عصر تلسکوپ های فضایی

این تصویر زیبا به وسیله تلسکوپ 4 متری ویکتور ام بلانکو (Víctor M. Blanco) مستقر در رصدخانه سرو تولولو در شیلی ثبت شده است. شاید این پرسش مطرح گردد که با وجود تلسکوپ های فضایی پیشرفته ای مانند هابل و جیمز وب، چرا هنوز از تلسکوپ های زمینی استفاده می گردد؟ تلسکوپ های زمینی به علت ابعاد بزرگ تر آینه ها و امکان نصب دوربین های بسیار سنگین و پهن میدان مانند DECam، در نقشه برداری از نواحی وسیع آسمان بی رقیب هستند.

تلسکوپ های فضایی میدان دید بسیار محدودی دارند و بیشتر برای آنالیز جزئیات بسیار ریز در نقاط مشخصی از فضا طراحی شده اند. در واقع، کار این دو نوع ابزار رصدی مکمل یکدیگر است؛ تلسکوپ های زمینی نواحی وسیع و نامشخص را آنالیز نموده و اهداف جالب توجه را شکار می نمایند و سپس تلسکوپ های فضایی مانند هابل برای آنالیز دقیق تر و با جزئیات بیشتر روی آن نقاط متمرکز می شوند، همان طور که هابل به تازگی تصویر پروضوح تری از قلب خوشه ستاره ای کروی NGC 6723 به ثبت رسانده است.