حباب محلی: ناشناخته‌ای شگفت‌انگیز از همسایگی ما در کیهان

در روزهای گذشته مقاله‌ای در ژورنال Nature منتشر شد که در دنیای نجوم و اخترفیزیک سر و صدای زیادی به پا کرد و مقاله مهمی در کیهان‌شناسی به شمار می‌رود که می‌تواند درک ما از کهکشان محلی زندگی ما یعنی کهکشان راه شیری را متحول کند. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که زمین درون حبابی با قطر تقریبی هزار سال نوری است و در مرزهای آن ستارگان جوان اطراف منظومه شمسی متولد می‌شود.

اکنون ده‌ها سال است که منجمان می‌دانند منظومه شمسی درون «حباب محلی» (The Local Bubble) قرار دارد. این حباب ناحیه بزرگ پوچی است که با هزاران ستاره جوان احاطه شده و تاکنون ناشناخته‌های زیادی درباره آن از شکل و اندازه‌اش تا تکامل آن وجود داشت. منجمان در این مطالعه جدید حباب محلی را بررسی کردند و به گفته سرپرست گروه، کاملا اتفاقی حقایق جالبی را درباره چگونگی تولد ستاره‌ها در مرزهای آن پیدا کردند.

منجمان این تحقیق متوجه شدند که تمام محل‌های تولد ستارگان نزدیک منظومه شمسی دقیقا روی سطح این حباب قرار دارد. آن‌ها نقشه‌ای از نواحی معروف تولد ستارگان در همسایگی کهکشانی ما تهیه کردند و موقعیت سه بعدی، شکل و حرکت گازهای چگال و ستاره‌های جوان را تا فاصله ۶۵۰ سال نوری منظومه شمسی به دست آوردند.

یکی از چالش‌های این تحقیق تعداد زیاد ابعاد مورد نیاز برای ساخت نقشه سه بعدی فیزیکی از شکل‌گیری ستارگان روی سطح این حباب بود. برای تهیه این نقشه، آن‌ها باید سه بعد فضا (x, y, z) ، سه بعد حرکت (dx/dt, dy/dt, dz/dt) و یک بعد زمان (t) را در نظر می‌گرفتند. حالا با این نقشه جدید آن‌ها می‌توانند زمان را در کامپیوترهای خود به عقب برگردانند و نحوه شکل‌گیری حباب را در طی میلیون‌ها سال مشاهده کنند.

تاکنون اکثر داده‌هایی که از تولد ستارگان داشتیم به شکل تصاویر دو بعدی از نواحی تولد ستارگان بودند. حالا بررسی حرکت این ستارگان جوان به منجمان کمک کرد تا زنجیره رخدادهای تشکیل و تکامل حباب محلی را به دست آورند. آن‌ها متوجه شدند که این ستارگان در گذر زمان به بیرون از این حباب حرکت می‌کنند که احتمالا علت آن گسترش حباب محلی است.

چگونگی شکل‌گیری حباب محلی

نتایج این مطالعه نشان داد که تقریبا ۱۴ میلیون سال پیش حدود ۱۵ انفجار ستاره‌ای که به انفجار ابرنواختری معروف است در نزدیکی حباب محلی رخ داده است. این انفجارها موجی ضربه‌ای در این ناحیه به وجود آورد و پوسته‌ای از گاز سرد و چگال را به بیرون پرتاب کرد که منجر به شکل‌گیری سطح حباب محلی شد و حالا با تجمع این گاز‌ها هزاران ستاره جدید در آن متولد شده است. امروزه هفت ابر مولکولی در این ناحیه شناخته شده است که در هر کدام از آن‌ها ستاره‌ای با فروکش کردن گاز و غبار میان‌ستاره‌ای می‌تواند متولد شود.

مدت‌ها بود منجمان فکر می‌کردند که هر ابرنواختری با پخش کردن گاز درونش، پتانسیل تولد چندین ستاره را دارد، اما حالا آن‌ها با این نتایج شگفت‌زده شدند. مطالعه جدید نشان می‌داد که تقریبا هر ستاره جوانی در اطراف خورشید در مرز حباب محلی شکل می‌گیرد.

منجمان می‌گویند که حالا با این نتایج جدید می‌توانند تولد ستارگان نزدیک را توجیه کنند و شواهد قوی رصدی از تئوری «تولد ستارگان در پی انفجار ابرنواختری» ارائه دهند. این نتایج نشان می‌دهد که به طور میانگین در ۱۴ میلیون سال گذشته، هر یک میلیون سال انفجاری ابرنواختری در حباب محلی رخ می داد.

احتمالا بیشتر این انفجارهای در خوشه ستاره‌ای قنطورس-لوپوس بالایی (UCL) و قنطورس-صلیب پایینی (LLC) رخ داده است. (این اسم‌های عجیب و ناآشنا نام صورت فلکی‌های نیمکره جنوبی آسمان هستند که به دلیل موقعیت این خوشه‌ها در آسمان منجمان آن‌ها را به نام این صورت فلکی‌ها می‌شناسند.) تجمع این خوشه‌ها گروه ستاره‌ای عقرب-قنطورس را تشکیل می‌دهد که حدود ۱۵ تا ۱۶ میلیون سال گذشته شکل گرفتند و به همین دلیل، تقریبا تمام ستاره‌های این قسمت از آسمان همسن هستند.

ستارگان این ناحیه با جرم‌های متفاوت شکل گرفتند که بزرگ‌ترین آن‌ها به قدری پرجرم است که می‌تواند به ابرنواختر تبدیل شود و کوچکترینشان در لحظات آخر عمر خود منفجر می‌شود. جالب است بدانید که ستارگان پرجرم به دلیل اینکه سوخت خود را سریعتر می‌سوزانند، عمر کوتاه‌تری دارند و ستارگان کم‌جرم‌تر به دلیل ثبات نیروهای درونی خود عمر بیشتری می‌کنند.

البته حباب محلی همین حالا هم فعالیت می‌کند و با سرعت ۶.۴ کیلومتر بر ثانیه گسترش می‌یابد. با این حال، تاکنون بیشتر شتاب خود را از دست داده است و حالا تقریبا سرعت ثابتی دارد. وقتی اولین انفجار ابرنواختری در حباب محلی رخ داد، زمین بسیار دورتر از آن بود که تحت تاثیرش قرار بگیرد و از پنج میلیون سال پیش با قرار گرفتن این حباب در مسیر حرکت خورشید در کهکشان راه شیری، حالا تقریبا در مرکز چنین اتفاقاتی قرار داریم.

تحول درک ما از ساختار راه شیری

احتمالا ابرحباب‌ها (superbubbles) در کهکشان راه شیری فراوان هستند که منظومه شمسی ما در مرکز یکی از آن‌ها قرار دارد. در غیر این صورت، احتمال اینکه خورشید ما در وسط یکی از آن‌ها باشد بسیار کم است. ممکن است کهکشان راه شیری مثل پنیری باشد که داخل آن پر از سوراخ‌هایی است و این سوراخ‌ها با انفجارهای ابرنواختری شکل گرفته باشند و مرز این سوراخ‌ها محل تولد ستارگان جوان باشد.

این تیم تحقیقاتی تصمیم دارد تا در آینده به بررسی حباب‌های بیشتری در راه شیری بپردازد و موقعیت و سایر ویژگی‌های فیزیکی آن‌ها را مطالعه کند. ممکن است حباب محلی با سایر حباب‌های کهکشان تعامل داشته باشد و این منجمان می‌خواند در آینده درباره تعاملات بین حباب‌ها تحقیقات بیشتری انجام دهند. چنین مطالعاتی فهم و درک ما را از کهکشانی که داخل آن زندگی می‌کنیم، به طور کلی متحول می‌کند و تصویر جدیدی از خانه کیهانی ما ارائه می‌دهد.

احتمالا یکی از چالشی‌ترین قسمت‌های مطالعات بعدی، تعیین ستارگانی که ابرنواختر می‌شوند و تعیین عمر آن‌ها باشد و هر چقدر که این حباب‌ها از زمین دورتر باشد، تعیین چنین ویژگی‌هایی کار سخت‌تری خواهد بود. با این حال، داده‌هایی که فضاپیمای نقشه‌برداری گایا (Gaia Spacecraft) جمع‌آوری می‌کند، به تهیه نقشه سه بعدی از راه شیری و گردآوری تکه‌های این پازل کمک شایانی خواهد کرد.