کشفیات جدید از تولد ستارگان در کهکشان راه شیری

تجزیه و تحلیل پرانرژی‌ترین نور در کهکشان راه شیری نشان می‌دهد که ممکن است در مورد سرعت تشکیل ستاره در کهکشان راه شیری اشتباه کرده باشیم.

پرتو‌های گامای تولید شده در اثر واپاشی رادیواکتیو ایزوتوپ‌ها که در طی شکل گیری ستاره‌ها تولید شده، نشان می‌دهد ستاره‌ها با سرعت چهار تا هشت برابر جرم خورشید در سال تشکیل می‌شوند. این رقم دو تا چهار برابر تخمین‌های فعلی است و نشان می‌دهد کهکشان ما آن گونه که فکر می‌کردیم ساکن و غیرفعال نیست.

پرتو‌های گاما حاصل از آلومینیوم-۲۶ که یک ایزوتوپ رادیواکتیو است که عمدتاً از ستارگان پرجرم نشات می‌گیرد، نشان می‌دهد کهکشان راه شیری سالانه به اندازه چهار تا هشت جرم خورشیدی گاز و غبار بین‌ستاره‌ای را به ستارگان جدید تبدیل می‌کند. این میزان دو تا چهار برابر برآورد‌های متعارف است و به اندازه ۱۰ تا ۲۰ ستاره در سال است؛ زیرا بیشتر ستارگان جرم کمتری از خورشید دارند.

این کشف نتایج مهمی برای درک ما از تکامل کهکشان راه شیری و پیرامون آن دارد، زیرا سرعت تولد و مرگ ستاره‌ها می‌تواند ترکیب شیمیایی کلی کهکشان را تغییر دهد.

کهکشان راه شیری با این سرعت، هر یک میلیون سال که از نظر نجومی یک چشم برهم زدن است، حدود ۱۰ تا ۲۰ میلیون ستاره جدید تولید می‌کند. این تعداد برای پر کردن تقریباً ۱۰ هزار خوشه ستاره‌ای مانند خوشه پروین در صورت فلکی ثور کافی است. در مقابل، بسیاری از کهکشان‌ها، از جمله بیشتر کهکشان‌هایی که به دور راه شیری می‌چرخند، اصلاً ستاره جدیدی نمی‌سازند.

توماس سیگرت، اخترفیزیکدان دانشگاه وورزبورگ آلمان گفت: سرعت تشکیل ستارگان برای شناخت تکامل کهکشان بسیار مهم است. هر چه کهکشان ستاره‌های بیشتری بسازد، سریعتر خود را با اکسیژن، آهن و سایر عناصری که ستاره‌ها ایجاد می‌کنند، غنی می‌سازند. این عناصر ابر‌های گازی ستاره ساز را تغییر می‌دهند و می‌توانند تعداد نسبی ستاره‌های بزرگ و کوچکی را که ابر‌های گازی تشکیل می‌دهند، تغییر دهند.

سیگرت و همکارانش شدت و توزیع فضایی انتشار آلومینیوم-۲۶ را در کهکشان راه شیری مطالعه کردند. یک ستاره پرجرم این ایزوتوپ را در زمان حیات و مرگ خود تولید می‌کند. این ستاره در طول عمر خود، آلومینیوم را از طریق باد شدید به درون فضا می‌فرستد. این ایزوتوپ با نیمه عمر ۷۰۰ هزار سال تجزیه می‌شود و پرتو‌های گاما تولید می‌کند.

پرتو‌های گاما مانند اشعه ایکس و بر خلاف نور مریی، در غباری که جوانترین ستاره‌ها را می‌پوشاند، نفوذ می‌کند.

یکی از عناصر حاصل از مرگ ستارگان، ایزوتوپ رادیواکتیو آلومینیوم به نام آلومینیوم-۲۶ است. آلومینیوم-۲۶ عمر زیادی ندارد و نیمه عمر آن ۷۱۷ هزار سال است و با فروپاشی، پرتو‌های گاما در طول موج خاصی تولید می‌کند.

اما آلومینیوم ۲۶ در مقادیر قابل توجهی در ابر‌های موادی که ستاره‌های تازه تشکیل شده را احاطه کرده اند، یافت می‌شود. اگر سرعت ورود مواد به ستاره از سرعت صوت فراتر رود، یک موج ضربه‌ای شکل می‌گیرد و پرتو‌های کیهانی تولید می‌شود. هنگامی که پرتو‌ها با ایزوتوپ‌های موجود در غبار مانند آلومینیوم-۲۷ و سیلیکون-۲۸ تصادم می‌کنند، می‌توانند ایزوتوپ آلومینیوم-۲۶ را تولید کنند.

اخترشناسان با نگاه کردن به میزان تابش گاما در کیهان که در اثر واپاشی رادیواکتیو آلومینیوم-۲۶ تولید می‌شود، می‌توانند سرعت تشکیل ایزوتوپ و مرگ ستارگانی را که در کهکشان راه شیری تولید می‌شوند، تخمین بزنند و از آن برای تعیین سرعت تولد ستاره استفاده کنند.

هر چه تعداد ستاره‌های کهکشان راه شیری بیشتر باشد، پرتو‌های گامای بیشتری ایجاد می‌شود. محققان، میزان تشکیل ستاره را به اندازه جرم چهار تا هشت خورشید در سال می‌دانند که بسیار بیشتر از برآورد‌های استاندارد حدود ۲ جرم خورشید در سال است.

پاول کروپا، اخترشناس دانشگاه بن آلمان که در این مطالعه مشارکت نداشته است، می‌گوید این رقم جدید بسیار واقعی است. من تحت تأثیر مدل‌سازی دقیق فرایند تشکیل ستاره‌ها شدم. این کار بسیار زیبایی است و یک گام بزرگ در جهت کاملاً صحیح است.

در هر صورت، کهکشان راه شیری قوی‌ترین خالق ستاره در مجموعه‌ای از بیش از ۱۰۰ کهکشان نزدیک موسوم به خوشه کهکشانی محلی است. آندرومدا بزرگترین کهکشان این خوشه، تنها کسری از جرم خورشیدی گاز و غبار را در سال به ستاره‌های جدید تبدیل می‌کند. در میان کهکشان‌های خوشه کهکشانی محلی، راه شیری از نظر بزرگی در رتبه دوم قرار دارد، اما سرعت تشکیل ستاره‌های بالای آن به این معنی است که قطعاً تلاش بیشتری انجام می‌دهد.

روش این تیم نویدبخش درک بهتر چگونگی تشکیل ستارگان جدید راه شیری است. تشکیل ستارگان معمولاً در غبار و گاز غلیظ پوشانده شده و تماشای آن‌ها دشوار است. شمارش تشعشعات گامایی که تولید می‌کند، می‌تواند یکی از راه‌های موثر برای تماشای پشت پرده این پدیده باشد.

مقاله‌ای از این مطالعه به سرپرستی توماس سیگرت اخترفیزیکدان دانشگاه وورتسبورگ در آلمان، برای انتشار در نشریه اخترشناسی و اخترفیزیک پذیرفته شده و در سرور پیش چاپ arXiv موجود است.

باشگاه خبرنگاران جوان علمی پزشکی علوم فضایی و نجوم