بادهای کیهانی گامی کلیدی در شکل گیری ستاره ها دارند!!

جریان ماده در اطراف یک ستاره جوان می‌تواند مانع از تجزیه شدن ستاره‌ها در هنگام شکل‌گیری شود.

تصویری از یک قرص برافزایشی در اطراف یک ستاره جوان که جریان ماده‌ای را نشان می‌دهد که به دور آن می‌چرخد. (اعتبار تصویر: T. Müller, R. Launhardt (MPIA))

اخترشناسان گام مهمی را در شکل‌گیری ستاره کشف کرده‌اند که تاکنون ناشناخته است که می‌تواند ستارگان نوزاد را از تجزیه شدن نجات دهد. مکانیسم نجات با “بادهای کیهانی” مرتبط است که در اطراف ابرهای گاز و غبار می‌وزند – و این ابرها هستند که در نهایت فرو می‌ریزند و اجسام ستاره‌ای داغ و متراکم را تشکیل می‌دهند. به علاوه، ابرها می‌توانند چرخش ستارگان در حال شکل‌گیری را کاهش دهند.

گروهی از دانشمندان به رهبری محققان موسسه نجوم ماکس پلانک با انجام مشاهدات امواج رادیویی از یک ستاره جوان در ابر تاریک کیهانی به نام CB26 به این نتیجه رسیدند. این ستاره در حدود 460 سال نوری زمین قرار دارد. آنها سپس این مشاهدات را با انواع تکنیکهای تحلیل ترکیب کردند و در نهایت، جریان ماده را در اطراف CB26 مدل‌سازی کردند.

این یافته‌ها ممکن است نشان داده باشد که چگونه برخی از ستاره‌ها در ابرهای گازی در حال فروپاشی شکل می‌گیرند بدون اینکه تکانه زاویه‌ای و چرخش آنها را از هم جدا کند.

ستاره‌های نوزاد بدترین دشمنان خودشان هستند

ستارگان زمانی متولد می‌شوند که مناطق بسیار متراکم از ابرهای کیهانی تحت تأثیر گرانش خود فرو می‌ریزند. این ابرها عمدتاً از هیدروژن با مقداری هلیوم و مقداری از عناصر سنگینتر تشکیل شده‌اند که اخترشناسان آن را «فلزات» می‌نامند و هنگامی که ابرها در نتیجه این فروپاشی به چگالی و دمای معینی می‌رسند، فرآیندی به نام همجوشی هسته‌ای آغاز می‌شود. این مکانیسم همجوشی اتم‌های هیدروژن ابرها را به اتمهای هلیوم تبدیل می‌کند، مقدار زیادی انرژی تشکیل می‌دهد و در نتیجه ستاره‌ای متولد می شود.

با این حال، یک مشکل اساسی در این داستان این است که ابرهای گازی در نتیجه داشتن تکانه زاویه‌ای می‌چرخند و فیزیک می‌گوید تکانه زاویه‌ای باید حفظ شود که با این واقعیت همراه است که قطر در حال انقباض ابر (همانطور که به یک ستاره‌ی گوی مانند تبدیل می‌شود) به این معنی است که در طول زمان با سرعت بیشتری می‌چرخد. شما می‌توانید آن را معادل کیهانی تصور کنید که یک اسکیت باز روی یخ در آغوش خود می‌کشد تا سریعتر بچرخد.

چرخش سریعتر همچنین نیروهای گریز از مرکز شدیدتری ایجاد می‌کند و ماده را از محور چرخشی دور می‌کند که در مرکز ستاره در حال شکل‌گیری قرار دارد و به طور موثر آنها را از هم جدا می‌کند. اگر مواد کافی از مرکز ابر در حال فروپاشی به بیرون پرتاب شود و مقدار کافی برای شروع همجوشی هسته‌ای باقی نماند، این امر می‌تواند برای یک ستاره نوزاد  یا «پروتو استار» کشنده باشد.

ستاره‌شناسان این معضل را مسئله تکانه زاویه‌ای تشکیل ستاره می‌نامند.

دانشمندان فکر می‌کنند که یکی از راه‌حل های ممکن برای این موضوع مربوط به سقوط ماده به ناحیه مرکزی یک ابر در حال فروپاشی است. به طور بالقوه، این ماده یک قرص برافزایشی از گاز و غبار را در اطراف پیش ستاره تشکیل می‌دهد و در صورت گم شدن برخی از مواد در کل وضعیت چرخش سریع، ماده اضافی مورد نیاز برای شروع همجوشی هسته‌ای را برای آن فراهم می‌کند.

دیسکهای برافزایشی همچنین می‌توانند به دور کردن تکانه زاویه‌ای از پیش‌ستاره‌ها کمک کنند. این امر اتفاق می‌افتد، زیرا وقتی گاز هیدروژن در گاز برافزایشی می‌چرخد، گرم می‌شود. از آنجا، الکترونها از پروتونها دور می‌شوند و دریایی از ذرات باردار به نام پلاسما ایجاد می‌کنند. حرکت این ذرات یک میدان مغناطیسی در دیسک برافزایشی ایجاد می‌کند که به نوبه خود بر جریان پلاسما تأثیر می‌گذارد. حتی برخی از پلاسما در خطوط میدان مغناطیسی دور می‌شوند. این حباب‌های فراری پلاسما ممکن است در نهایت با ماده خنثی الکتریکی برخورد کنند و ماده را در یک “دیسک بادی” با خود ببرد که بخشی از تکانه زاویه‌ای ماده را نیز حمل می‌کند.

کارشناسان معتقدند که از دست دادن تکانه زاویه‌ای شروع به ترمز کردن چرخش پیش‌ ستاره مرکزی می‌کند و نیروهای گریز از مرکز را کاهش می‌دهد و احتمالاً مشکل تکانه زاویه‌ای را حل می‌کند. اما آنچه که این فرضیه قابل قبول تا کنون فاقد آن بوده است، شواهد مشاهده‌ای بوده است که تا حدی به این دلیل است که از دیدگاه ما روی زمین، یک قرص برافزایشی در اطراف حتی یک ستاره محلی در حال جوانه زدن بسیار کوچک است.

سپس، پس از 20 سال جستجوی اخترشناسان برای یافتن چنین شواهدی، در سال 2009، لاونهارت و همکارانش موفق به مشاهده خروج مواد از اطراف یک ستاره جوان در CB26  – یکی از نزدیکترین سیستمهای دیسکی شناخته شده در اطراف یک پیش ستاره شدند. مشاهدات با مجموعه‌ای از آنتن‌هایی به نام تداخل‌سنج Plateau de Bure، که روی هم به عنوان یک تلسکوپ رادیویی بزرگ و منفرد عمل می‌کنند که قادر به تشخیص ویژگی‌های انتشار حتی مولکول‌های منفرد است. این تیم با تمرکز بر انتشار مونوکسید کربن، شاهد تغییر نور بود که نشان‌دهنده حرکت دور از زمین (کشش طول‌موج‌ها به نام انتقال به سرخ) و فشرده‌سازی طول موج‌ها به سمت زمین – انتقال آبی است.

این امر نشان داد که گاز موجود در این قرص برافزایشی، نوع حرکت مشخصه « دیسک بادی » دوار مولکول‌هایی را نشان می‌دهد که تکانه زاویه‌ای  بیرون آمده از دیسک مانند گردبادی در حال پیچش را نشان می‌دهد. چیزی که لاونهارت و همکارانش نتوانستند از این مجموعه اندازه‌گیری‌ها در سال 2009 تشخیص دهند، این بود که باد چقدر ماده را از ستاره جوان مرکزی دور می‌کرد که برای درک اینکه آیا باد می‌تواند تکانه زاویه‌ای کافی را از ستاره در حال شکل گیری حذف کند تا واقعاً از خرد شدن آن جلوگیری کند، کلیدی است.

در این تحقیق جدید، لاونهارت و تیمش مشاهدات بیشتری از سیستم دیسک برافزایشی و پیش ستاره آن با وضوح بسیار بالاتر انجام دادند. این امر با پیکربندی آنتن‌های رادیویی رصدخانه Plateau de Bure به گونه‌ای به دست آمد که بسیار دورتر از آنچه در اولین مشاهدات تیم بود، فاصله داشته باشند. محققان همچنین از یک طرح مدل‌سازی پیچیده برای تمایز بین سهم ماده از دیسک و مواد حاصل از باد دیسک استفاده کردند.

این امر به آنها اجازه می‌دهد برای اولین بار ابعاد خروجی مخروطی شکل ماده را در نزدیکی دیسک اندازه گیری کنند. آنها دریافتند که قطر در قاعده جریان خروجی حدود 3 برابر فاصله زمین و نپتون است که حدود 8.1 بیلیون مایل است. این بدان معناست که دیسک بادی به اندازه کافی گسترده است تا مقدار قابل توجهی از تکانه زاویه‌ای را با خود بردارد و بنابراین می‌تواند از جدا شدن پیش‌ستاره‌ها محافظت کند.

این تیم اکنون قصد دارد این پیش ستاره را در CB26، احتمالاً با استفاده از تداخل‌سنج ارتقا یافته Plateau de Bure، بررسی کند. رصدخانه از آن زمان به Noema تغییر نام داده است و تعداد آنتن‌های آن دو برابر شده 12 است.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

A star is born! How cosmic winds are a key step in stellar formation

By Robert Lea

https://www.space.com/cosmic-winds-key-step-young-star-formation