آسايشگاهي براي ستارگان پير

**رزیتا** · #1 09-25-2009

آسايشگاهي براي ستارگان پير

اخترشناسان بر اين باورند كه ستارگان درون ابرهايي از گاز در حال رمبش هيدروژن به وجود مي آيند. اين گاز به طور عمده از مولكول هاي هيدروژن تشكيل شده است. هر مولكول هيدروژن از دو اتم هيدروژن متصل به هم به وجود مي آيد. ديدن اين ابرها بسيار دشوار است، زيرا جو زمين بخش عمده نور گسيل شده از آن را جذب مي كند. با اين همه گاز ديگري به نام كربن منواكسيد هميشه وجود دارد كه مي توان به سادگي آن را از زمين مشاهده كرد. اخترشناسان راديواخترشناسي بنياد ماكس پلانك نقشه دقيقي از اين منطقه تشكيل ستارگان در كهكشان آندرومدا تهيه كرده‌ند.
ستارگان چگونه به وجود آمدند؟ اين يكي از مهمترين پرسش هاي اخترشناسي است. مي دانيم كه فرآيند تشكيل ستاره ها در ابرهاي گازي سرد كه دمايشان كمتر از oc ۲۲۰- (k ۵ ) است، روي مي دهد. فقط در چنين منطقه هايي با گازهاي چگال است كه گرانش مي تواند به رمبش و تشكيل ستارگان منجر شود. ابرهاي گازي سرد كهكشان ها به طور عمده از مولكول هاي هيدروژن يا H2 تشكيل شده اند. (مولكول هاي هيدروژن از دو اتم هيدروژن متصل به هم به وجود مي آيند.) اين مولكول ها يك خط طيفي در محدوده زير قرمز طيف منتشر مي كنند كه به وسيله تلسكوپ هاي زميني نمي توان آن را مشاهده كرد، زيرا جو زمين اين تابش را جذب مي كند. بنابراين اخترشناسان مولكول ديگري را بررسي مي كنند كه هميشه همراه H2 است. اين مولكول كربن منواكسيد ( CO ) است. خط طيفي شديد CO در طول موج mm ۲ ‎ /۶ را مي توان به وسيله راديوتلسكوپ هاي زميني مستقر در مكان هاي مناسب جوي مشاهده كرد. كوهستان هاي مرتفع و خشك صحراها يا قطب جنوب براي اين منظور مناسب است. وجود كربن منواكسيد در فضاي كيهاني نشاني است بر وضعيت مطلوب براي تشكيل ستارگان و سياره هاي جديد.
پژوهش هاي مربوط به توزيع كربن منواكسيد در كهكشان راه شيري ما مدت هاي زيادي انجام شده است. اخترشناسان مقدار زيادي گاز سرد يافته اند كه براي تشكيل ستاره طي ميليون ها سال آينده كفايت مي كند. اما هنوز پرسش هاي بسياري بدون پاسخ مانده است، براي مثال چگونه اين مولكول هاي گاز كه ماده خام تشكيل ستاره است، به وجود آمده اند. آيا اين ماده خام در مراحل ابتدايي تشكيل كهكشان ها به وجود مي آيد؟ آيا اين ماده خام از گازهاي اتمي داغ به وجود مي آيد؟ آيا ابرهاي مولكولي خود به خود مي رمبند يا لازم است كه از بيرون كاري صورت گيرد تا آن را ناپايدار كند و باعث رمبش شود؟ از آنجايي كه خورشيد در صفحه راه شيري واقع است، به دست آوردن بينشي از فرآيندهاي انجام شده در كهكشان ما بسيار دشوار است. نگاه از «بيرون» در اين مورد كمك خوبي است و به همين دليل نگاهي به همسايه كيهاني ما مي تواند بسيار مفيد باشد.
كهكشان آندرومدا كه آن را با نام M31 نيز مي شناسند، منظومه اي از ميلياردها ستاره است كه به كهكشان راه شيري ما شباهت دارد. فاصله M31 از ما فقط ۵/۲ ميليون سال نوري است و نزديكترين كهكشان مارپيچ محسوب مي شود. پهناي اين كهكشان در آسمان حدود ۵ درجه است و مي توان آن را با چشم غيرمسلح هم ديد كه به صورت ابر كمرنگي مشاهده مي شود. بررسي اين همسايه كيهاني به ما كمك مي كند فرآيندهاي انجام شده در كهكشان خودمان را درك كنيم.

**رزیتا** · #2 09-25-2009

در سال ۱۹۹۵ گروهي از اخترشناسان راديواخترشناسي ميلي متري ( IRAM ) و گروهي از بخش راديواخترشناسي موسسه ماكس پلانك ( MPIfR ) طرح بلندپروازانه نقشه برداري از كل كهكشان آندرومدا در خط طيفي كربن منواكسيد را آغاز كردند. ابزاري كه در اين طرح به كار رفت، راديوتلسكوپ ۳۰ متري IRAM بود كه در پيكو وله تا (۲۹۷۰ متر) در نزديكي گراناداي اسپانيا مستقر است. با توجه به قدرت تفكيك زاويه اي ۲۳ ثانيه قوسي (در فركانس مشاهده اي ۱۱۵ GH2 و طول موج mm ۲ ‎ /۶) ۵/۱ ميليون مكان مجزا و منفرد بايد اندازه گيري مي شد. براي تسريع فرآيند مشاهده، از شيوه جديدي براي اندازه گيري استفاده شد. راديوتلسكوپ در اين شيوه به جاي مشاهده جداگانه هر موقعيت، اطلاعات را به طور پيوسته از تمام كهكشان جمع آوري مي كند. اين شيوه رصد كه «در حركت» ( on the fly ) ناميده مي شود، به طور اختصاصي براي طرح M31 ابداع شد كه امروزه روشي استاندارد نه فقط در راديوتلسكوپ پيكو وله تا بلكه در ديگر راديوتلسكوپ هايي است كه در طول موج هاي ميلي متري رصد مي كنند.
براي هر مكان مشاهده شده در M31 فقط يك مقدار براي شدت CO ثبت نشد، بلكه به طور همزمان ۲۵۶ مقدار به دست آمد كه پهناي باند آن ۲/۰ درصد طول موج مركزي ۶/۲ ميلي متري است. بنابراين كل اطلاعات رصدي مجموعه اي ۴۰۰ ميليوني را به وجود آورد! مكان دقيق خط CO در طيف، اطلاعاتي در مورد سرعت گاز سرد به ما مي دهد. اگر گاز به سمت ما حركت كند، خط به سمت طول موج هاي كوتاه تر مي رود. هنگامي كه منبع از ما دور مي شود، جابه جايي به سمت طول موج هاي بزرگتر روي مي دهد. اين پديده كه اثر داپلر نام دارد، همان پديده اي است كه هنگام آژير كشيدن آمبولانسي كه به سمت ما مي آيد، يا از ما دور مي شود به وقوع مي پيوندد. در اخترشناسي با استفاده از اثر داپلر حركت ابرهاي گاز را بررسي مي كنند. حتي در مواردي كه ابرهايي با سرعت هاي متفاوت در خط واحدي مشاهده مي شوند، تمايز آنها امكان پذير است. اگر خط طيفي پهن باشد، يا ابر در حال انبساط است، يا ابرشامل چندين بخش است كه هر كدام سرعت متفاوتي دارند.
اين رصدها در سال ۲۰۰۱ به پايان رسيد. با توجه به بيش از ۸۰۰ ساعت كار تلسكوپ اين طرح يكي از بزرگترين طرح هايي است كه به وسيله تلسكوپ هاي IRAM يا MPIfR انجام شده است. پس از پردازش و تحليل كامل مقدار زيادي از اطلاعات، توزيع كامل گاز سرد در M31 منتشر شد.

**رزیتا** · #3 09-25-2009

خط CO در طيف گاز سرد M31 در جاي مناسبي واقع شده و بررسي ساختار بازوي مارپيچ را امكان پذير مي سازد. بازوهاي مارپيچ مجزا در فاصله ۲۵ هزار تا ۴۰ هزار سال نوري از مركز آندرومدا واقع شده اند كه بيشتر ستاره ها در اين منطقه تشكيل مي شوند. در منطقه مركزي كه ستارگان پير متمركز شده اند، خط هاي CO بسيار ضعيف ترند. با توجه به شيب زياد M31 نسبت به خط ديد (حدود ۷۸ درجه) بازوهاي مارپيچ حلقه بيضوي بزرگي را مي سازند. در حقيقت مدت هاي زيادي به اشتباه آندرومدا را كهكشاني حلقوي در نظر مي گرفتند.
نقشه سرعت گازها (شكل زير) شبيه به عكس يك حلقه آتش است. در يك سمت (در بخش پايين، چپ) گاز CO با سرعت حدود ۵۰۰ كيلومتر بر ثانيه به سمت ما حركت مي كند (بخش آبي) اما در سمت ديگر (بالا، راست) با سرعت ۱۰۰ كيلومتر بر ثانيه (قرمز) حركت مي كند. از آنجايي كه كهكشان آندرومدا با سرعت ۳۰۰ كيلومتر بر ثانيه به سمت ما حركت مي كند، حدود دو ميليارد سال ديگر از كهكشان راه شيري كاملاً عبور مي كند. علاوه بر آن M31 با سرعت حدود ۲۰۰ كيلومتر حول محور اصلي مي گردد. از آنجايي كه ابرهاي داخلي CO مسير كوتاه تري نسبت به ابرهاي بيروني را مي پيمايند، مي توانند سبقت بگيرند. اين پديده به ساختار مارپيچ منجر مي شود.چگالي گازهاي مولكولي سرد در بازوهاي مارپيچ بيشتر از چگالي گازها بين اين بازوها است، اما گازهاي اتمي به طور يكنواخت تري توزيع شده است. اين پديده بيانگر آن است كه گازهاي مولكولي از گازهاي اتمي موجود در بازوهاي مارپيچ به ويژه در حلقه هاي باريك تشكيل ستاره به وجود آمده است. منشاء اين حلقه هنوز نامعلوم است. شايد گاز موجود در حلقه موادي باشد كه هنوز براي تشكيل ستارگان استفاده نشده است، شايد هم ميدان مغناطيسي M31 موجب تشكيل ستارگان در بازوهاي مارپيچ شود. رصدهاي انجام شده با تلسكوپ افلسبرگ ( Effelsberg ) نشان داد كه ميدان مغناطيسي از همان بازوهاي مارپيچ ديده شده در CO تبعيت مي كند.حلقه تشكيل ستارگان (ناحيه تولد) در كهكشان راه شيري ما از ۱۰ تا ۲۰ هزار سال نوري از مركز كهكشان وسعت دارد كه از منطقه مشابه M31 كوچكتر است. اما به رغم آن، مولكول هاي گاز راه شيري ۱۰ برابر بيشتر است. با توجه به اينكه سن كهكشان ها برابر است، بازدهي كهكشان راه شيري نسبت به مواد اوليه اش بيشتر است. از طرف ديگر تعداد زياد ستارگان پير در مركز M31 بيانگر آن است كه سرعت تشكيل ستارگان در گذشته بسيار بيشتر از زمان حال بوده. از اين رو بيشتر گازها پيش از اين مصرف شده اند. نقش جديد CO نشان مي دهد كه فرآيند تشكيل ستارگان در آندرومدا در گذشته بسيار كارآمد بود. شايد ميلياردها سال پس از اين، كهكشان راه شيري ما به وضعيت فعلي آندرومدا شبيه شود.