کشفیات شگفت انگیز ستاره شناسان|اجرام میان‌ستاره‌ای عجیب از کجا آمده‌اند؟

ستاره‌شناسان تاکنون فقط دو جرم میان‌ستاره‌ای تایید شده را در منظومه شمسی ما کشف کرده‌اند که یکی از آنها «اوموآموآ»(Oumuamua) و دیگری «دنباله‌دار بوریسف»(۲I/Borisov) است. آنها با یکدیگر بسیار متفاوت هستند. اوموآموا فاقد هر نوع دنباله بود اما بوریسوف شبیه به یک دنباله‌دار معمولی به نظر می‌رسید.

«متیو هاپکینز»(Matthew Hopkins) دانشجوی فارغ‌التحصیل از «دانشگاه آکسفورد» که این پژوهش را انجام داده است، در مصاحبه با اسپیس گفت: با وجود این، ویژگی‌های مربوط به منظومه‌های سیاره‌ای خانه این دو جرم، روی هر دوی آنها نقش بسته‌اند. از آنجا که این اجرام از ستاره‌های دیگر می‌آیند، ویژگی‌های آنها با آن ستاره‌ها مرتبط هستند.

اگرچه ما تا به امروز فقط دو جرم میان‌ستاره‌ای تایید شده را مشاهده کرده‌ایم اما انتظار می‌رود که هزاران مورد از آنها در هر لحظه از منظومه شمسی ما عبور کنند و از آنجا که بیشتر آنها بسیار دورتر از ما قرار دارند، قابل شناسایی نیستند. با وجود این، بیشتر یا همه اجرام میان‌ستاره‌ای احتمالا زندگی خود را به عنوان دنباله‌دارهای اطراف ستاره‌های دیگر آغاز کرده‌اند؛ پیش از اینکه برخورد با سیاره‌ای به اندازه مشتری یا شاید پرواز از نزدیک یک ستاره، آنها را به فضای میان‌ستاره‌ای پرتاب کند.

هاپکینز گفت: در منظومه شمسی ما، به ازای هر دنباله‌داری که مشتری و نپتون به سمت «ابر اورت»(Oort Cloud) هل دادند، ۱۰ دنباله‌دار به طور کامل به بیرون پرتاب شدند و اکنون یک تریلیون جرم در ابر اورت وجود دارد. با انجام دادن محاسبات، به راحتی می‌توان فهمید که اجرام میان‌ستاره‌ای، پرشمارترین اجرام در کهکشان راه شیری هستند.

گروه‌های در حال حرکت اجرام میان‌ستاره‌ای

هر ستاره با سرعت خاص خود در اطراف کهکشان حرکت می‌کند و ستاره‌ها به همراه یکدیگر، ‌گروه‌های در حال حرکت را تشکیل می‌دهند که به نقطه مبدأ آنها مربوط می‌شود و به نوبه خود با شیمی ذاتی آنها مطابقت دارد.

ستاره‌های دارای سنگین‌ترین عناصر، مانند خورشید ما در «قرص نازک» کهکشان زندگی می‌کنند که صفحه‌ای در بازوهای مارپیچی با ضخامت حدود ۴۰۰ سال نوری است. در اطراف آن، یک «قرص ضخیم» قرار دارد که می‌تواند تا ۱۰۰۰ سال نوری بالای صفحه کهکشان کشیده شود و ستاره‌های قدیمی‌تر با عناصر کمتر سنگین را در خود جای داده است.

جمعیت ستارگان متعلق به هر قرص کهکشانی، توزیع سرعت متفاوتی دارند. از آنجا که اجرام میان‌ستاره‌ای که آنها بیرون می‌اندازند، سرعت مشابهی با ستاره مادر خود دارند، تمایل دارند به همان گروه‌های در حال حرکت بچسبند اما این گروه‌های در حال حرکت همیشه از مسیر خورشید عبور می‌کنند.

هاپکینز گفت: خورشید اساسا به سمت آنها می‌دود. این بدان معناست که ما ترجیحا باید انتظار داشته باشیم اجرام میان‌ستاره‌ای را از «آماج خورشیدی»(Solar apex) ببینیم که جهت حرکت خورشید نسبت به سایر ستارگان نزدیک است. اوموآموآ بسیار نزدیک به آماج خورشیدی بود. بوریسوف کمی دورتر بود اما باز هم کاملا در نزدیکی آماج خورشیدی قرار داشت و ما انتظار داریم که بیشتر اجرام میان‌ستاره‌ای از آنجا آمده باشند.

آمدن از این جهت، به این معناست که آنها نزدیکترین فاصله خود را تا خورشید خواهند داشت؛ جایی که به راحتی قابل تشخیص است. آنها در آسمان نیم‌کره جنوبی هستند و این همان آسمانی است که «رصدخانه ورا روبین»(Vera Rubin Observatory) پس از راه‌اندازی، به بررسی آن خواهد پرداخت. انتظار می‌رود که ورا روبین، صدها نمونه جدید از اجرام میان‌ستاره‌ای را کشف کند.

اجرام میان‌ستاره‌ای کندتر، مقدار آب کمتری دارند

هرچه سرعت نسبی اجرام میان‌ستاره‌ای در مقایسه با خورشید کمتر باشد، احتمال سقوط آنها به درون منظومه شمسی و امکان تشخیص دادن آنها بیشتر است. اجرام سریع‌تر بدون اینکه الزاما توسط گرانش خورشید جذب شوند، به سرعت عبور می‌کنند. سرعت نسبی یک جرم میان‌ستاره‌ای به سرعت نسبی ستاره مادر آن مربوط می‌شود و به طور قابل توجهی به این موضوع بستگی دارد که آیا آن ستاره از قرص نازک دارای عناصر سنگین‌تر نشات گرفته یا از قرص ضخیم دارای عناصر کمتر سنگین آمده است.

هاپکینز گفت: نتایج من نشان می‌دهند که سرعت جرم میان‌ستاره‌ای با ترکیب آن همبستگی دارد و به همین دلیل می‌توانیم انواع ستاره‌هایی را که ممکن است اجرام میان‌ستاره‌ای از آنها آمده باشند، به دست آوریم.

انتظار می‌رود اجرام میان‌ستاره‌ای با سرعت پایین‌تر نسبت به خورشید، از قرص نازک آمده باشند که در آنجا، ستارگان و سیستم‌های سیاره‌ای همراه آنها از گاز و غبار حاوی عناصر سنگین‌تر تشکیل می‌شوند. هرچه عناصر سنگین در قرص گاز و غباری که سیاره‌ها و دنباله‌دارها را تشکیل می‌دهند بیشتر باشد، مقدار آب کمتری در آن وجود خواهد داشت.

دلیل این است که یک قرص پیش‌سیاره‌ای غنی از عناصر سنگین‌تر، حاوی مقدار زیادی کربن است و کربن(همچنین آهن، منیزیم، سیلیکون و گوگرد) در برداشتن همه اتم‌های آزاد اکسیژن و دو اتم به صورت هم‌زمان برای تشکیل دادن مولکول‌های دی‌اکسید کربن مهارت دارد. آب فقط می‌تواند از اتم‌های اکسیژن باقی‌مانده تشکیل شده باشد و این بدان معناست که اجرام میان‌ستاره‌ای تشکیل‌شده در این قرص‌ها عموما دارای مقدار آب کمتری هستند.

آیا این کمبود آب می‌تواند توضیح دهد که چرا اوموآموا دنباله‌ای را نشان نداده است؟ به گفته هاپکینز، از آنجا که سرعت اوموآموآ نسبت به خورشید کمتر است، احتمالا از یک ستاره قرص نازک با عناصر سنگین‌تر آمده است. با وجود این، هاپکینز خاطرنشان کرد که ما تاریخچه اوموآموآ را نمی‌دانیم. این جرم ممکن است آب و سایر عناصر فرار خود را به طریق دیگری از دست داده باشد. به عنوان مثال، ممکن است آنها توسط پرتوهای کیهانی هنگام سفر در فضای میان‌ستاره‌ای یا با عبور بیش از اندازه نزدیک به ستاره مادر پیش از پرتاب شدن، از دست رفته باشند.

از سوی دیگر، بوریسوف براساس مشاهدات طیفی دنباله خود، از نظر مقدار آب در محدوده متوسط قرار داشت.

در حال حاضر با وجود تنها دو نمونه از اجرام میان‌ستاره‌ای، نتیجه‌گیری کردن دشوار است. با وجود این، هنگامی که رصدخانه ورا روبین در اواخر دهه جاری راه‌اندازی شود، صدها جرم میان‌ستاره‌ای که احتمالا پیدا می‌کند، می‌توانند تصویر کامل‌تری را از منشاء و خواص شیمیایی خود ارائه دهند.

هاپکینز اضافه کرد: اگر تمایلی نسبت به اجرام میان‌ستاره‌ای وجود داشته باشد که حرکتی مشابه خورشید در منظومه شمسی درونی دارند، انتظار می‌رود اجرام میان‌ستاره‌ای بیشتری را ببینیم که از قرص نازک آمده‌اند.

این موضوع ممکن است به این معنی باشد که ما به جای بوریسوف، اجرام بیشتری شبیه به اوموآموآ خواهیم دید. فقط زمان نشان می‌دهد که چقدر این پیش‌بینی درست است.

هاپکینز این پژوهش را در اوایل ژوئیه در «نشست ملی نجوم بریتانیا»(NAM 2023) ارائه داد.