ستارگان درون ابرهای متراکم گاز و غبار متولد می‌شوند، اما شواهد جدید نشان می‌دهد که شرایط موجود در کیهان اولیه ممکن است شکل‌گیری آن‌ها را به روش‌های شگفت‌انگیزی تحت تأثیر قرار داده باشد.
در یک مطالعه اخیر، مشاهدات ابر ماژلانی کوچک (SMC) نشان داد که حدود ۴۰٪ از ابرهای ستاره‌زای این کهکشان کوتوله دوردست، دارای شکلی «پُف‌کرده» هستند.
این کشف می‌تواند درک ما از چگونگی شکل‌گیری بسیاری از ستارگان – از جمله ستاره‌ای مانند خورشید خودمان – را تغییر دهد.
شکل‌گیری ستارگان در طول تاریخ کیهانی
این پژوهش توسط کازوکی توکودا، پژوهشگر فوق‌دکتری در دانشکده علوم دانشگاه کیوشو، هدایت شده است. یافته‌های این تحقیق ممکن است دیدگاه جدیدی در مورد تکامل شکل‌گیری ستارگان در طول تاریخ کیهانی ارائه دهد.
امروزه، در کهکشان راه شیری، ستارگان معمولاً درون ابرهای مولکولی کشیده و رشته‌ای شکل می‌گیرند.
ستاره‌شناسان معتقدند که منظومه شمسی ما نیز در چنین ساختاری شکل گرفته است، جایی که یک رشته بزرگ به هسته‌های کوچک‌تر – که اغلب «تخم‌های ستاره‌ای» نامیده می‌شوند – تقسیم شد.
در طول صدها هزار سال، گرانش گاز را به درون هر هسته کشید و ستاره‌ای جدید را پدید آورد.
شرایط کیهان اولیه
توکودا اشاره کرد که درک ما از شکل‌گیری ستارگان هنوز در حال پیشرفت است و فهم چگونگی تشکیل ستارگان در کیهان اولیه حتی چالش‌برانگیزتر است.
«کیهان اولیه کاملاً متفاوت از امروز بود و عمدتاً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده بود. عناصر سنگین‌تر بعدها در ستارگان پرجرم شکل گرفتند.» توکودا توضیح داد:
«ما نمی‌توانیم در زمان به عقب برگردیم تا تشکیل ستارگان را در کیهان اولیه مطالعه کنیم، اما می‌توانیم بخش‌هایی از کیهان را مشاهده کنیم که دارای شرایط مشابهی با آن دوران هستند.»
ابر ماژلانی کوچک این شرایط را دارد. این کهکشان حدود ۲۰۰۰۰ سال نوری از زمین فاصله دارد – که از نظر کیهانی بسیار نزدیک محسوب می‌شود – و تنها یک‌پنجم از عناصری را دارد که در کهکشان راه شیری یافت می‌شود.
این ویژگی، SMC را به نمونه‌ای عالی از شرایطی تبدیل می‌کند که حدود ۱۰ میلیارد سال پیش، زمانی که کیهان عناصر سنگین کمتری داشت، رایج بودند.
مشاهده ابرهای مولکولی پُف‌کرده
با وجود اهمیت SMC، جمع‌آوری داده‌های با وضوح بالا از مناطق ستاره‌زای آن دشوار بوده است.
ستاره‌شناسان باید تشخیص دهند که آیا رشته‌هایی مانند آنچه در کهکشان راه شیری منجر به شکل‌گیری ستارگان می‌شود، در SMC نیز وجود دارد، یا اینکه فرآیندی کاملاً متفاوت مسئول تشکیل ستارگان در این کهکشان است.
خوشبختانه، مشاهدات جدید از تلسکوپ رادیویی ALMA در شیلی وضوح مورد نیاز برای تحلیل ابرهای مولکولی در ابر ماژلانی کوچک را فراهم کرد.
توکودا گفت: «در مجموع، ما داده‌های ۱۷ ابر مولکولی را جمع‌آوری و تحلیل کردیم. هر یک از این ابرهای مولکولی دارای ستاره‌های در حال تولد با جرمی ۲۰ برابر خورشید ما بودند.»
«ما دریافتیم که حدود ۶۰٪ از ابرهای مولکولی مورد مطالعه ما دارای ساختاری رشته‌ای با پهنای حدود ۰.۳ سال نوری بودند، اما ۴۰٪ باقی‌مانده شکلی «پُف‌کرده» داشتند. علاوه بر این، دمای درون ابرهای مولکولی رشته‌ای بالاتر از دمای ابرهای مولکولی پُف‌کرده بود.»
کارخانه‌های عظیم ستاره‌زایی
دمای بالاتر در ابرهای رشته‌ای نشان‌دهنده تشکیل اخیر آن‌هاست. این ابرها در اثر برخوردهای اولیه گرم شده و تلاطم ضعیفی دارند.
با سرد شدن گاز، انرژی ورودی از برخوردهای بعدی باعث افزایش تلاطم شده و می‌تواند ساختار رشته‌ای را از بین ببرد و به شکل‌گیری ابرهای پُف‌کرده منجر شود که تیم توکودا مشاهده کرد.
تغییر از شکل رشته‌ای به شکل پُف‌کرده می‌تواند پیامدهای عمیقی برای ستارگانی داشته باشد که در نهایت از این ابرها متولد می‌شوند.
اگر رشته‌ها دست‌نخورده باقی بمانند، تمایل دارند که در طول خود به بخش‌های کوچکتری تقسیم شوند و بسیاری از ستارگان (برخی کم‌جرم، مانند خورشید) را پدید آورند.
از سوی دیگر، اگر ابرها ساختار خود را خیلی سریع از دست بدهند و به شکل پُف‌کرده درآیند، ممکن است تشکیل این هسته‌های ستاره‌ای مختل شود و بر تعداد ستاره‌های مشابه خورشید (و منظومه‌های سیاره‌ای) که می‌توانند شکل بگیرند، تأثیر بگذارد.
تفاوت دما بین ابرهای رشته‌ای و پُف‌کرده احتمالاً به سن آن‌ها مرتبط است. در ابتدا، همه ابرهای مولکولی به‌عنوان ساختارهای رشته‌ای با دمای بالا تشکیل می‌شوند که عمدتاً ناشی از برخورد ابرها است. در این حالت داغ، تلاطم درون ابر نسبتاً ضعیف باقی می‌ماند.
اما با گذشت زمان و سرد شدن ابر، انرژی جنبشی گازهای ورودی باعث افزایش تلاطم شده و ساختار رشته‌ای را به تدریج از بین می‌برد و آن را به ابر پُف‌کرده و پراکنده‌ای تبدیل می‌کند.
این تفاوت‌ها اهمیت عناصر سنگین را در پایداری ابرهای مولکولی برجسته می‌کند – عناصری که نقش کلیدی در خنک‌کنندگی تابشی دارند و به تنظیم پویایی این کارخانه‌های عظیم ستاره‌زایی کمک می‌کنند.
توکودا افزود: «این مطالعه نشان می‌دهد که محیط، مانند تأمین کافی عناصر سنگین، برای حفظ یک ساختار رشته‌ای حیاتی است و ممکن است نقش مهمی در تشکیل منظومه‌های سیاره‌ای ایفا کند.»
رازهای تشکیل ستارگان
از آنجا که عناصر سنگین در کیهان اولیه بسیار کمتر بودند، این یافته‌ها نشان می‌دهد که بسیاری از ستارگان نخستین ممکن است در شرایطی مشابه ابرهای «پُف‌کرده» در SMC شکل گرفته باشند. این سناریو می‌تواند دیدگاه ما را درباره نخستین نسل‌های ستارگان و تکامل کلی کهکشان‌ها در کیهان تغییر دهد.
توکودا گفت: «در آینده، مقایسه نتایج ما با مشاهدات ابرهای مولکولی در محیط‌های غنی از عناصر سنگین، از جمله کهکشان راه شیری، مهم خواهد بود. چنین مطالعاتی باید بینش‌های جدیدی درباره تشکیل و تکامل زمانی ابرهای مولکولی و کیهان ارائه دهند.»
چه رشته‌ای و چه پُف‌کرده، ابرهای مولکولی همچنان در قلب یکی از بزرگ‌ترین پرسش‌های نجوم قرار دارند: ستارگان چگونه و تحت چه شرایطی متولد می‌شوند؟
با مطالعه SMC و سایر نقاط کیهان، پژوهشگران قصد دارند این زادگاه‌های ستاره‌ای را به‌طور کامل‌تر ترسیم کنند و نشان دهند که چگونه دوره‌های مختلف کیهانی بر شکل‌گیری بی‌شمار ستاره‌ای که امروزه آسمان را پر کرده‌اند، تأثیر گذاشته‌اند.
این مطالعه در مجله The Astrophysical Journal منتشر شده است.
