مهم‌ترین اتفاقات دنیای نجوم و کیهان شناسی در سال ۲۰۲۱

اکتشافات و دستاوردهای دنیای نجوم هر سال به گونه‏ای پیش می‏رود که توقع های بیشتری برای سال‎های پیش روی علاقه‏ مندان به این علم و محققان این رشته‏ ایجاد می‏کند. انگار هر سال رقابت بین کشف‏های تازه و خبرهای شگفت‎آور جدید داغ و داغ‏تر شده و قرار است بر ملا شدن اسرار کیهانی هر روز با سرعتی بیش از پیش ادامه یابد.

سیاره زمین میزبان تلسکوپ‌های متنوعی است که ساعت‌ها و ماه ها به نقاط مختلف کیهان چشم می‏دوزند و اطلاعات ارزشمند و خیره کننده‎ای برای ستاره‏ شناس‏‌ها و کیهان‏شناسان به ارمغان می‏آورند. فضاپیماها و کاوشگرها هم به نوعی دیگر و در سفرها و ماموریت‏های خود در محدوده منظومه شمسی سعی در یافتن پاسخ پرسش‏های دانشمندان دارند. در این مطلب با تازه‏ترین دستاوردها و اکتشافات اخترفیزیک و کیهان‏شناسی در سال 2021 آشنا می‏شویم.

ثبت امواج گرانشی با فرکانس بالا سرنخی از سیاهچاله های اولیه یا ماده تاریک؟

تا یک قرن پیش کسی فکرش را هم نمی‎کرد که آنچه به عنوان گرانش می‎شناسیم موج هم داشته باشد. نظریه نیوتونی می‎گفت نیروی گرانش با سرعت بی نهایت منتشر می‎شود اما با گذشت زمان و پیشرفت علم و مشاهده پدیده‎ها و آزمایش‎های مختلف دانشمندان متوجه شدند گرانش نیوتونی پاسخگوی بعضی از رویدادهای فیزیکی نیست.

اینشتین در سال 1916 در نظریه نسبیت عام خود نشان داد که گرانش می‎تواند مثل موج عمل کند و در فضا زمان انتشار یابد. سال 2015 آشکارساز امواج گرانشی لایگو که در آمریکا قرار دارد توانست موج ناشی از ادغام دو سیاهچاله را ثبت کند. این کشف، درهای تازه‏ای را به روی اخترفیزیک جدید باز کرد.

اما یکی از دستاوردهای سال 2021 که هیاهوی زیادی در بین محققان این رشته ایجاد کرد ثبت امواج گرانشی با فرکانس بالا بود که خبر از وجود سیاهچاله‌های اولیه و ماده تاریک می‏داد. تا پیش از این امواج گرانشی ثبت شده مربوط به ادغام دو سیاهچاله و یا ستارگان نوترونی بود اما اکنون با ثبت امواج با فرکانس بالاتر به نظر می‏رسد قرار است خبرهای شگفت انگیزی درباره پدیده‏های دیگری در کیهان بشنویم.

در این پژوهش محققانی از دانشگاه استرالیای غربی در پروژه‎ای از یک صفحه بلوری با قابلیت ارتعاش در برابر انتشار امواج گرانشی فرکانس بالا استفاده کردند. با کمک این پروژه که از سال ۲۰۱۹ تا کنون ادامه دارد محققان دو پدیده غیر معمول را تشخیص داده‎اند. این پدیده‎ها در فرکانس های ۵ مگاهرتز ثبت شده‏اند که فرکانس بالایی برای ثبت امواج گرانشی محسوب می‏شوند.

دانشمندان برای شناسایی راز این فرکانس‏ها نیز دو فرضیه مطرح کردند که یکی از آنها می‏تواند مربوط به وجود سیاهچاله‎های اولیه در کیهان باشد. فرضیه دوم هم مربوط به عبور ابری از ذرات ماده تاریک از این تجهیزات خواهد بود.تایید هر یک از این فرضیات می‏تواند پیشرفت بزرگی در علم فیزیک محسوب شود چرا که در هر صورت دوره تازه‎ای برای رصدها و اکتشافات در زمینه امواج گرانشی و زندگی و مرگ ستارگان آغاز خواهد شد.

کشف سیاره‎ خارج از مرزهای راه شیری و در کهکشانی دیگر

در روزگاری نه چندان دور انسان تصور می‏کرد تنها سیارات عالم همین سیاراتی است که در منظومه شمسی خودمان به گرد خورشید می‎چرخند اما دیری نپایید که ستاره شناسان توانستند در کاوش‏های رصدی خود سیاراتی را پیدا کنند که به دور ستاره‎هایی غیر از خورشید می‎چرخیدند. این کشفی تاریخی و بسیار هیجان‎آور بود و خبر از این می‎داد که اگر سیاراتی دیگر در مناطقی دور دست از زمین وجود داشته باشند پس شاید حیاتی متفاوت با آنچه می‎شناسیم هم در جایی خارج از منظومه شمسی وجود داشته باشد.

سال 2021 کشف تازه‌‏ای دنیای نجوم را تکان داد، خبر کوتاه و سر راست بود این بار محققان اعلام کردند نشانه‎‌هایی از سیارات فرا کهکشانی پیدا کرده‌اند. سیاراتی که در کهکشانی دیگر به دور ستاره‏ای می‎گردند. تا به امروز حدود 4500سیاره فراخورشیدی شناسایی شده که همگی درون کهکشان راه شیری قرار دارند. این در حالی است که امسال، یک سیاره فراکهکشانی هم توسط ستاره‏ شناسان کشف شد که در کهکشان مارپیچی M51  قرار دارد.

این سیاره احتمالا انگیزه‌های زیادی برای کشف سیارات فراکهکشانی دیگر و یافتن نشانه‏های تازه‌‏ای از حیات احتمالی در خارج از مرزهای کهکشان راه شیری در ذهن محققان ایجاد خواهد کرد. بررسی داده‌های پرتو ایکس جمع آوری شده توسط تلسکوپ فضایی چاندرا نشان می دهد که این سیاره فراکهکشانی حدودا ۲۸ میلیون سال نوری از زمین فاصله دارد.

این کشف نتیجه تحقیقات گروهی از دانشمندان به رهبری روزانی دی استفانو از مرکز اخترفیزیک دانشگاه هاروارد و موسسه اسمیتسونی در کمبریج ایالت ماساچوست بوده است. سیاره فراکهکشانی توسط روش گذر ثبت شده است. زمانی که سیاره در مدارش به دور ستاره مادر در راستای خط دید ما از زمین قرار دارد و زمانی که از مقابل ستاره مادر عبود می کند، باعث گرفت (کسوف) کوچکی شده و بر نور دریافتی از ستاره اثر می‌گذارد، کاهش نور در رصدهای این ستاره گواه بر وجود یک سیاره است، این روش شناسایی سیارات به «گذر» معروف است.

ثبت تصادف کیهانی، این بار از نوع کهکشانی

برخورد اجرام کیهانی یکی از پدیده ‏های فوق ‏العاده جذاب و هیجان انگیز است که حتی وقتی عکسی برایش وجود ندارد گرافیست‏ های همکار با گروه‏های علمی نجومی دست به کار می‏شوند تا تصاویر مبتنی بر داده‏های علمی از آن شبیه‌‎سازی کنند.

این بار تلسکوپ فضایی هابل موفق شده تصویری واقعی از برخورد دو کهکشان را در فضا به ثبت برساند که چشم‏‌ها را خیره می‌‏کند. در نگاه اول شاید تصور کنید این عکس یک تصویر شبیه‏ سازی شده است اما این طور نیست. این عکس لحظات حیرت‏‌آور برخورد دو کهکشان را نشان می‏‌دهد که در حدود ۱۰۰ میلیون سال نوری از ما فاصله دارند.

هنگامی که کهکشان‌ها به این صورت با یکدیگر ادغام می‌شوند، می‌توانند منجر به یک انفجار و یا تشکیل کهکشانی تازه در فضا شود. کهکشان های این تصویر NGC 59 و 54 هستند که نام مشترک Arp 91 را به آنها اختصاص داده‌‎اند. برخورد کهکشان‌ها با هم چند صد میلیون سال به طول می انجامد و حادثه‌ای نیست که آنی و ناگهانی رخ دهد. به همین خاطر نباید انتظار داشته باشیم که Arp 91 با ظاهری متفاوت در آسمان قابل مشاهده باشد.

«اوچو» کامل‌ترین نقشه شبیه‌سازی شده از کل کیهان

تماشای کیهانی که در آن زندگی می‏کنیم از نمای بیرون می‎‌تواند یکی از حیرت‏انگیزترین تصاویری باشد که هر انسانی در طول عمر خود خواهد دید. اخترفیزیکدان‏‌ها و کیهان‏شناس‎‌ها مدت‌‏هاست برای شبیه ‏سازی چنین تصویری که نمای کامل کیهان را در بر داشته باشد تلاش می‏‌کنند. تیم بین‌‏المللی از پژوهشگران کشورهای ژاپن، اسپانیا، ایالات متحده، آرژانتین، استرالیا، شیلی، فرانسه و ایتالیا به مدت یک سال توانستند با استفاده از ATERUI II، یعنی قدرتمندترین ابر رایانه نجومی جهان به صورت کامل شبیه‌سازی و تکمیل کنند.

محققان به این شبیه‌سازی کیهان «اوچو» Uchuu نام دادند، اوچو یک کلمه ژاپنی به معنای فضای بیرونی است. جمع‌آوری چنین اطلاعاتی چیزی حدود بیست میلیون ساعت برای یک ابر رایانه قوی زمان برد و در نهایت ۳ پتابایت داده تولید شد. شاید از 3 پتابایت تصور دقیقی نداشته باشید بگذارید مثالی بزنیم تا دقیق تر درکش کنید؛ این مقدار داده معادل ۸۹۴،۷۸۴،۸۵۳ عکس از یک تلفن همراه ۱۲ مگاپیکسلی است که برای همه ما آشناتر است.

اوچو حدود ۱۳.۸ میلیارد سال از روند تکامل ماده را در کل تاریخ کیهان یعنی از بیگ بنگ تا به امروز را درون خود دارد. «جولیا اف ارزا»‎، از محققان تیم شبیه‎ سازی اوچو را به ماشین زمانی تشبیه کرده که با کمک آن در هر نقطه ‏ای از کیهان که بخواهیم به سمت جلو و عقب می‎رویم. او می‌‎گوید اوچو این امکان را فراهم آورده تا لابه ‏لای خوشه‏ های کیهانی سفر کنیم و جزییاتی از گیتی را ببینیم که پیش از این امکان نداشته است، حالا اوچو به یک ابزار مهم برای کیهان‏شناس‎ها و اخترفیزیک‏دان‎ها تبدیل شده و درک بهتری از عالم به آنها داده است.

شناسایی میدان مغناطیسی سیاهچاله کهکشان M87

اخترشناسان به کمک مجموعه‌ای از رادیوتلسکوپ‌ها موفق شدند تابش رادیویی گسیل‌شده از محیط پیرامون سیاهچاله مرکزی کهکشانM۸۷ را ثبت کنند. البته ماده داغ اطراف این سیاهچاله می‌تواند تابش‌های  متفاوتی گسیل کند ولی همه آنها به ما نمی‌رسد.

در طول موج ۳/۱میلی‌متر امکان دریافت تابش‌های ارسالی از سیاهچاله روی زمین وجود دارد. اخترشناسان به کمک قطبیدگی تابش رادیویی این سیاهچاله موفق شدند هندسه میدان مغناطیسی در اطراف آن را مشخص کنند.

شاید بپرسید خب این ها چه کاربردی دارند؟ نکته اساسی اینجاست که این قطبیدگی ها می تواند در شناسایی ویژگی‌های محیط نظیر دما، چگالی و حتی شدت و جهت میدان مغناطیسی به اخترشناسان کمک کند. اکنون با این بررسی ها محققان اطلاعات زیادی درباره سیاهچاله مرکزی کهکشان M87  به دست آورده اند. مثلا می دانند اندازه این سیاهچاله بیش از ۲۰۰برابر فاصله زمین تا خورشید است. تابش رادیویی دریافتی از خود سیاهچاله نیست، بلکه از محیط پیرامون آن است. گرانش سیاهچاله ماده داغ پلاسمایی را به سمت خودش می‌کشد و بخشی از آن را می‌بلعد و البته بخش دیگری از همین ماده به‌صورت جت به بیرون پرتاب می‌شود.

این میدان مغناطیسی است که سازوکار موثر و انرژی لازم برای پرتاب پلاسمای داغ را به‌صورت جت فراهم می‌کند. نکته جالب دیگر این که این قرص مواد که به دور سیاهچاله در گردش است دمایی بسیار بالا در حدود 27 میلیون کلوین دارد. اکنون در سال 2021 دانش اخترفیزیک به جایی رسیده که جزییات آنچه در سیاهچاله ها رخ می دهد مورد تحقیق و بررسی دانشمندان قرار گرفته است. آنچه که روزی حتی وجودش هم شک برانگیز بود امروز سوژه تلسکوپ‏ها و عکسبرداری‎های طولانی مدت شده است.