کهکشان M74 از نگاه جیمزوب و هابل

عکسی که تلسکوپ جیمزوب در ابتدای شهریور 1401 از کهکشان M74‌ ثبت کرده است، جزئیات بسیار زیاد و باارزشی را نشان می‌دهد. ارزش این جزئیات هنگامی دوچندان می‌شود که با عکس‌هایی که توسط تلسکوپ هابل و دیگر تلسکوپ‌ها گرفته شده است، ترکیب شوند. این مقاله به معرفی کهکشان M74 (فانتوم) و عکس‌هایی که جیمزوب و هابل از آن ثبت کرده‌اند می‌پردازد.

صورت فلکی حوت: مکان کهکشان M74

این‌جا صورت فلکی حوت (ماهی) است. آیا می‌توانید شکل آن‌را در بین این همه ستاره بیابید؟

حق می‌دهم که مشکل باشد. تازه این‌جا یک آسمان پرستاره در مکانی به دور از آلودگی نوری شهرهای ماست. ما که در شهرهای خودمان تقریبا از بین این همه ستاره، فقط می‌توانیم ده، پانزده‌تای روشن‌تر را ببینیم. این صورت فلکی را هم اصلا نمی‌توانیم ببینیم، مگر یکی دو ستاره روشن‌تر آن‌را!

اکنون طرح زیر را ببینید و با تطبیق آن بر عکس بالا، سعی کنید نقش صورت فلکی حوت را در عکس اول پیدا کنید. این‌بار حتما می‌توانید آن را پیدا کنید.

عکس زیر هم گستره بزرگتری از آسمان را به همراه صورت‌های فلکی اطراف آن را همچون اسب بالدار وحَمَل را در خود جای داده است:

یکی از ستاره‌های روشن حوت که البته آن هم از قدر ظاهری 3.8 است، ستاره اِتا هست. همان که در عکس بالا مشخص شده است. این ستاره یکی از همان‌هایی است که می‌شود آن‌را در آسمان شهرهای بزرگ هم دید (به‌سختی). تمرین دیدن آن‌را با اعضای باشگاه ستاره‌شناس انجام داده‌ایم.

اگر این ستاره را (اتاـ‌حوت) با یک تلسکوپ کوچک (حدود 4 اینچ) مشاهده کنیم، می‌توانیم یک لکه نورانی مه‌آلود کوچک در 1.5 درجه‌ای شرق آن تشخیص دهیم. این جسم، یک کهکشان مارپیچی است و جرم شماره 74 در فهرست مسیه است: M74 . دیده شدن جزئیات آن مشکل است، چرا که این کهکشان از کم‌نورترین کهکشان‌های فهرست مسیه است. شرایط رصدی عالی، تلسکوپ بزرگ و به‌کارگیری تکنیک‌های مشاهده اجسام کم‌نور می‌تواند به دیده شدن جزئیات آن کمک کند.

M74 یک کهکشان مارپیچی چشمگیر

عکس زیر این کهکشان زیبا را در بین ستارگان حوت نشان می‌دهد. پرنورترین ستاره‌ای که در سمت راست عکس است، همان اتای حوت است. این عکس با تلسکوپ‌های قدرتمند طرح نقشه‌بردار دیجیتال آسمان2 (DSS2) ثبت شده است.

M74 به علت کم‌نور بودنش در تلسکوپ‌های آماتوری، که همچون شبحی مبهم دیده می‌شود به کهکشان فانتوم مشهور شده است (شبح، روح: Phantom). فانتوم یک کهکشان مارپیچی با میله‌های بسیار واضح و مشخص است که از زمین تقریبا از روبرو دیده می‌شود. این کهکشان نمونه‌ای خیره کننده از یک کهکشان مارپیچی طرح بزرگ است. بازوهای مارپیچی کاملاً متقارن آن از هسته مرکزی بیرون می‌آیند و با خوشه‌هایی از ستاره‌های آبی جوان پرنور شده است.

مارپیچی‌های طرح بزرگ: آن دسته از کهکشان‌های مارپیچی که دارای بازوهای متقارن، یک‌دست و کاملا واضحی هستند که به وضوح از هسته شروع شده و دورتادور آن پیچیده شده‌اند.

همین ویژگی‌هایش، آن را به هدف مورد علاقه اخترشناسانی تبدیل کرده است که می‌خواهند منشأ و ساختار مارپیچ‌های کهکشانی را مطالعه کنند.

این کهکشان همچون همه مارپیچی‌ها شامل ناحیه‌های گازی زیبایی به نام مناطق H II (اِچ دو) هست که با درخشش قدرتمند ستارگان جوان بسیار داغ و درخشان، ملتهب شده و به زیبایی در رنگ صورتی می‌درخشند. در تصویر زیر که توسط تلسکوپ فضایی هابل ثبت شده و در سال 2007م منتشر شده است، انبوهی از این مناطق صورتی روشن به وضوح آشکار شده‌اند.

این مناطق H II‌ ابرهای عظیم و به نسبت جوانی از هیدروژن یونیزه هستند که تعداد زیادی ستارگان نوباوه به تازگی از درون آن‌ها متولد شده‌اند. رنگ صورتی زیبا از هیدروژن‌های یونیزه تابش می‌شوند. ستارگان جوان و بسیار داغ، گازهای هیدروژن را بسیار برافروخته می‌کنند و این گازها تابش‌های قدرتمندی به صورت موج‌های فرابنفش از خود گسیل می‌کنند.

کهکشان M74‌ در صورت فلکی حوت (ماهی) دیده می‌شود و تقریبا 32 میلیون سال نوری از ما فاصله دارد. چند کهکشان کوچک دیگر (کمتر از ده‌تا) به همراه آن تشکیل یک گروه کهکشانی کوچک می‌دهند. M74 بزرگترین آن‌هاست و با قطر تخمینی 95000 سال نوری، در حدود 100 میلیارد ستاره در خود جای داده است.

چرا رصدهای فروسرخ (مادون قرمز)؟

تلسکوپ فضایی اسپتیزر، یک تلسکوپ فروسرخ همچون تلسکوپ رؤیایی جیمزوب بود؛ اما با قطر دهانه بسیار کوچکتر و با ابزارهای ضعیف‌تر. عکس زیر از رصدها این تلسکوپ در سه طول موج مختلف از کهکشان فانتوم ثبت شده است. نقاط آبی رنگ که در طول موج 3.6 میکرومتر است نشان دهنده برخی ستارگانی هستند که در این طول موج تابش‌های قابل توجه دارند. ساختارهای رشته‌مانند در هم‌تنیده ترکیبی از تابش‌ها در طول موج 5.8 و 8 میکرومتر است که نشان‌دهنده برخی ترکیبات پیچیده کربن و گرد و غبارهای احتمالی است.

امتیاز اصلی رصدهای فروسرخ (مادون قرمز) در این است که پرتوهای فروسرخی که از اجسام مختلف تابش می‌شود، می‌توانند از لایه‌های غبار موجود در مسیرش عبور کنند و به چشم ما (تلسکوپ‌های فروسرخ) برسند. بدین ترتیب، رصدهای مادون قرمز کمک می‌کنند تا بتوانیم آن‌چه را که در پشت لایه‌های غبار موجود در فضای میان‌ستاره‌ای مخفی شده‌اند، مشاهده کنیم.

علاوه بر این، چون تابش‌های مادون قرمز  وابسته به دمای اجسام است و دماهای مختلف می‌توانند طول موج‌های مختلفی از این بخش طیف الکترومغناطیس را تابش کنند، پس با رصدهای فروسرخ در طول موج‌های مختلف می‌توانیم اطلاعات بسیار با ارزش و ناب از اجسام کیهانی به دست آوریم.

محدوده تابش‌های فروسرخ در طیف الکترومغناطیس، گستره وسیعی را به خود اختصاص می‌دهد و همین باعث می‌شود بتوانیم نماهای بسیار متفاوت از یک جسم را در بخش‌های مختلف طیف فروسرخ از آن ببینیم. و همه این‌ها برای شناخت دقیق اجسامی همچون کهکشان‌ها، ابرهای عظیم مولکولی، توده‌های گرد و غبار و سحابی‌های مختلف، سیارات فراخورشیدی و حتی ستارگان بسیار ارزشمند هستند.

تلسکوپ فضایی جیمزوب به ابزارهای آشکارساز (دوربین) مختلفی مجهز است که در بخش‌های مختلف طیف فروسرخ می‌توانند تصاویر با جزئیات بسیار بالا و شفاف ثبت کنند. برخ از عکس‌هایی که این تلسکوپ منحصر به فرد از کهکشان‌های نزدیک گرفته است، برایم عکس‌های رادیولوژی را یادآور می‌شوند که می‌توانند وضعیت استخوان‌بندی بدن انسان را از ورای گوشت و ماهیچه‌ها نشان دهند. جیمزوب می‌تواند بخش‌های ناپیدای کهکشان‌ها (و سحابی‌ها و ابرهای گاز و غبار) را به‌سان یک دوربین رادیولوژی برایمان آشکار کند.

کهکشان M74 از نگاه تیزبین جیمزوب

اما وقتی به سراغ عکس‌های جیمزوب از این کهکشان زیبا برویم، اوضاع بسیار دگرگون می‌شود! این تلسکوپ رؤیایی، به تازگی (ابتدای شهریور 1401) عکسی از کهکشان فانتوم منتشر کرده است که حیرت همگان را برانگیخته است.

جیمزوب با ابزار فروسرخ میانی خود (MIRI) کهکشان M74‌ را مشاهده کرده تا بتواند مراحل آغازین تشکیل ستاره‌ها در کهکشان‌های نزدیک را بررسی کند. این رصدها بخشی از یک برنامه بزرگتر برای بررسی و ترسیم وضعیت ساختارهای ستاره‌زایی در 19 کهکشان ِ ستاره‌زای نزدیک در محدوده فروسرخ است که در مجموعه همکاری بین‌المللی PHANGS در حال اجراست.

PHANGS یا The Physics at High Angular resolution in  Nearby GalaxieS یک همکاری بین‌المللی بین پژوهشگران مختلف است تا بتوانند ویژگی‌های فیزیکی کهکشان‌های نزدیک را با جزئیات بسیار بالا جمع‌آوری کنند. یکی از بخش‌های مهم این همکاری، بررسی فرآیندهای ستاره‌زایی در چنین کهکشان‌ها است. پژوهش‌هایی که دانش و آگاهی ما را از نحوه تشکیل و تولد ستارگان در کهکشان‌های دوران کنونی کیهان متحول می‌کند.

در تصویری که جیمزوب ثبت کرده است رشته‌های خاکستری ظریف و تارمانند، الگویی مارپیچی را تشکیل داده‌اند که از مرکز کهکشان به سمت بیرون پیچ می‌خورد. این بازوهای مارپیچی با ناحیه‌های ستاره‌سازی که با رنگ‌های آبی و صورتی مشخص هستند، ردیابی می‌شوند. این تیزبینی جیمزوب است که رشته‌های ظریف گاز و غبار را در این بازوهای مارپیچی آشکار کرده است. کم بودن گاز در هسته کهکشان، منظره منحصر به فردی از تجمع ستاره‌های آن قسمت ایجاد کرده است. همان توده آبی‌رنگ مرکزی که با نقطه‌های نورانی خالدار شده است، تجمعی است از ستاره‌های جوان و داغ در هسته کهکشان.

ترکیب تصویر تلسکوپ‌های مختلف

کهکشان M74 و دیگر کهکشان‌های نزدیکی که در PHANGS بررسی می‌شوند، قبلا با استفاده از تلسکوپ‌ فضایی هابل و رصدخانه‌های زمینی (نوری و رادیویی) رصد شده‌اند. افزودن مشاهدات بسیار شفاف جیمزوب در طول موج‌های بلندتر به اخترشناسان این امکان را می‌دهد تا ناحیه‌های ستاره‌زایی را در کهکشان‌ها مشخص کنند، جرم و سن خوشه‌های ستاره‌ای را به دقت اندازه‌گیری کنند؛ و درک و بینش درستی از طبیعت دانه‌های کوچک غبار موجود در فضای میان‌ستاره‌ای به دست آورند.

از طرفی رصدهای تلسکوپ هابل از M74 ناحیه‌های پرنور تولد ستاره‌ها که همان مناطق H II هستند را آشکار می‌کند. دید واضح هابل در طول موج‌های مرئی و فرابنفش، می‌تواند حساسیت بی‌نظیر جیمزوب در محدود فروسرخ را تکمیل کند. و به همین ترتیب، رصدهای رادیویی که تلسکوپ‌هایی همچون ALMA انجام می‌دهند؛ می‌تواند به تکمیل این رصدها و پژوهش‌ها کمک بسیار کند.

در واقع اخترشناسان با ترکیب داده‌های تلسکوپ‌های مختلف در سراسر طیف الکترومغناطیسی می‌توانند بینش و درک عمیق‌تری نسبت از  اجرام نجومی نسبت به استفاده از داده‌های یک رصدخانه به دست آورند. در این دو دهه اخیر با گسترش رصدها توسط تلسکوپ‌های مختلف، اخترشناسان همواره تلاش می‌کنند تا چنین ترکیب‌هایی را انجام دهند.

به عنوان نمونه با ترکیب عکس‌هایی که از دو تلسکوپ اسطوره‌ای هابل و جیمزوب از کهکشان M74 گرفته شده است، نگاه کامل‌تر و دقیق‌تری از این کهکشان زیبا به دست آورده‌ایم.

رنگ‌های قرمز در این عکس، گرد و غبارهایی را نشان می‌دهند که در میان بازوهای مارپیچی گسترده شده‌اند. آن‌هایی که نارنجی روشن‌ترند غبارهای داغ‌تری هستند. ستارگان جوان در سراسر بازوها و هسته کهکشان به رنگ آبی دیده می‌شوند. ستارگان سنگین‌تر و قدیمی‌تر  که به سمت مرکز کهکشان متمرکز هستند، به رنگ فیروزه‌ای و سبز نشان داده شده‌اند. حباب‌های تشکیل ستاره نیز به رنگ صورتی در سراسر بازوهای مارپیچی دیده می‌شوند.

کاملا واضح است که چنین ویژگی‌های متنوعی از کهکشان به ندرت در تصویر یک تلسکوپ تک دیده می‌شود.

دانش در حال دگرگونی

یکی از اهداف اصلی تلسکوپ جیمزوب، بررسی دقیق‌تر فرآیندهای تشکیل و تولد ستارگان است. چنین رصدهای ابتدایی که توسط آن انجام شده است نشان می‌دهد که باید منتظر اثرات مهم و بزرگی در این بخش از موضوعات اخترفیزیکی باشیم. هرچند می‌دانیم که ارزشمندی رصدهای جیمزوب در همکاری و همراهی با دیگر تلسکوپ‌ها و ابزارهای رصدی، دوچندان می‌شود.

باید در مطلبی جداگانه به پژوهش‌های جدیدی که یکی دو سال گذشته در همکاری PHANGS در زمینه تشکیل و تولد ستارگان انجام شده و تغییر نگرش‌های مهمی که این رصدها ایجاد کرده‌اند، بپردازیم.

نویسنده: محمد همایونی
21 شهریور 1401

منابع مورد استفاده: esahubble.org ـ esawebb.org ـ webbtelescope.org ـ wikipedia ـ baas.aas.org