در جستوجوی خانه میهمانان خورشید
پوريا ناظمي. روزنامه نگار و مروج علم
منظومه شمسی ما، در طول میلیاردها سال حضور خود در کهکشان میزبان بسیاری از میهمانهای خارجی بوده است. میهمانهایی که پس از سفرهای طولانی در اعماق فضا به دیدار خورشید ما آمدهاند. تاکنون ما حداقل دو مورد از این میهمانهای فضاهای دور را شناختهایم. حالا گروهی از دانشمندان گمان میکنند که توانستهاند نشانههایی از منشأ این رهگذرانی که راهشان به منظومه افتاده است به دست آورند.
دنبالهدار حاشیهنشین
دنبالهدار بوريسُف (2I/BORISOV) دومین جرم میانستارهای شناختهشدهای است که به دیدن منظومه شمسی ما آمده است. این دنبالهدار که در ماه آگوست سال گذشته کشف شد، در مسير نزدیک شدن به خورشید در حال بیدار شدن از خواب زمستانی طولانی خود است. رصدهای ماوراءبنفش و رادیویی در طول موج میلیمتری، نشان میدهد که دلیل بیداری این دنبالهدار فراخورشیدی، تصعید انباشته مونوکسید كربن باستانی این دنبالهدار است. مونوکسید کربن در دمای ۲۵ درجه کلوین (منهاي ۲۴۸٫۱۵ درجه سانتیگراد) منجمد میشود و همین امر نشان از آن دارد که این دنبالهدار باید در حاشیه دوردست و سردِ قرص غبار اطراف ستاره مادرش شکل گرفته باشد. درحالیکه این یافته سرنخی از زادگاه این دنبالهدار میانستارهای در اختیار ما قرار داده است، مدلی نظری و توضیحی درباره اینکه چطور ممکن است نخستین بازدیدکننده شناختهشده فرامنظومهای ما، اوماموآ، به وجود آمده باشد، ارائه کرده است. هر دو این اجرام در امتداد مدارهایی هذلولوی به دیدار خورشید ما آمدهاند. با این وجود ما درباره منشأ آنها چیزی نمیدانیم، جز اینکه خانه اولیه آنها در جایی فراسوی منظومه شمسی ما قرار داشته است.
اوماموآ اکنون در حال گذر از مدار سیاره زحل در راه خارج شدن از منظومه ما است و دیگر قابل مشاهده نیست. اما ما هنوز میتوانیم دومین بازدیدکننده شناختهشده کیهانی خود، دنبالهدار بوریسف را رصد کنیم.
سرزمین مادری بوریسف کجا است؟
در شماره این هفته مجله نیچر ستارهشناسی، گزارشهایی از دو تحقیق را منتشر کرد که در زمانی که این دنبالهدار در ماه دسامبر گذشته به حضیض مداری خود رسیده بود، صورت گرفته است. در حولوحوش زمان این حضیض این دنبالهدار به حدی درخشان شده بود که بتوان با کمک روشهای طیفسنجی ترکیب تشکیلدهنده آن را تعیین کرد. یکی از این گروههای تحقیقی به مدت حدود یک ماه به بررسی تابشهای ماوراءبنفش فلوئورسنس ناشی از مونوکسید کربن پرداخت. در طول این زمان میزان این تابشهای مونوکسید کربن، تقریبا ثابت ماندند، اما تابش ناشی از مولکولهای آب بهسرعت کاهش پیدا کرد. این باعث سردرگمی اولیه رصدگران این دنبالهدار شد. اما اندکی بعد آنها توضیحی برای این پدیده پیدا کردند. آنها متوجه شدند که انتشار اولیه گازها باعث شده است بخشی از مواد سطحی دنبالهدار پراکنده شده و در نتیجه لایههای غنیتری از مونوکسید کربن که زیر سطح این دنبالهدار انباشته شده بود، ظاهر شود. میزان مونوکسید کربنی که توسط یکی از طیفنگارهای هابل اندازهگيري شد، نشان از این داشت که میزان مونوکسید کربن موجود در گیسوی این دنبالهدار ۵۰درصد بیش از میزان آب موجود در این گیسو است که
همزمان توسط رصدخانه فضایی سوئیفت اندازهگیری شده بود. از سوی دیگر گروهی به رهبری «مارتین موردینر» در نیمه ماه دسامبر به کمک آرایه رادیویی آلما در شیلی، این دنبالهدار را هدف قرار دادند. نتایج بررسی این گروه نیز وجود منابع غنی مونوکسید کربن در این دنبالهدار را تأیید میکرد. این بررسی نشان داد که نسبت مونواکسید کربن به آب، در این دنبالهدار بیش از هر دنبالهدار از خانواده منظومه شمسی ما است که درون فاصله 2.5 واحد نجومی (هر واحد نجومی میانگین فاصله زمین تا خورشید است) رصد و بررسی شدهاند. این فاصله از خورشید مرزی است که اصطلاحا آن را خط برف آب مینامند و مرزی است که در آن یخ آب شروع به تبخیر میکند. البته در این بین یک استثنا هم وجود داشت و آن دنبالهدار (C/2016 R2 (PanSRARRS بود که زمانی که در فاصله 2.8 واحد نجومی از خورشید داشت نسبت میان مونوکسید کربن به آب در آن بالاتر از مقدار رصدشده اخیر بود. با این وجود بقیه ویژگیهای آن دنبالهدار بهقدری نامتعارف و متفاوت با سایر دنبالهدارهای منظومه شمسی است که برخی این حدس را مطرح کردند که این دنبالهدار احتمالا منشأیی در خارج از منظومه شمسی دارد و در گذشتهای
دور به دام گرانش خورشید افتاده و در ابر اورت اقامت گزیده است. این بررسیها در عمل عرصه تازهای را در علوم سیارهای پیشروی دانشمندان گشوده و آنها را قادر کرده است که بهطور مستقیم و بیواسطه و به کمک مطالعه چنین دنبالهدارهایی به بررسی شرایط تحول منظومههای فراخورشیدی بپردازند. (گفتني است ابر اورت نام منطقهای است که بسیاری از دنبالهدارها، سنگها و یخهایی که در واقع مربوط به بقایای تولد منظومه شمسی هستند از آن سرچشمه میگیرند. دانشمندان معتقدند این ابر از فاصله ۲۰۰۰ تا ۵۰۰۰ واحد نجومی آغاز شده و تا فاصله ۵۰,۰۰۰ واحد نجومی که تقریبا برابر با یک سال نوری است، نیز ادامه پیدا میکند. برخی دیگر بر این عقیدهاند که این ابر عظیم حتی تا بیشتر از ۱۰۰,۰۰۰ واحد نجومی گسترش یافته است و این به آن معناست که لبهاش تا مرز پایانی منظومه شمسی ما کشیده شده است. این ابر به یادبود ستارهشناسی به نام «یان اورت» که وجود آن را در سال ۱۹۵۰ پیشبینی کرده بود، ابر اورت نهاده شده است. ذخیره بالای مونوکسید کربن در دنبالهدار بوریسف نشانهای از آن است که این دنبالهدار در جایی فراسوی خط برفی مونوکسید کربن منظومه مادری، یعنی در نواحی
بیرونی قرص سیارهای اطراف ستاره مادر به وجود آمده و در طول سفر خود در فضای میانستارهای نیز همواره در فضایی با دمای کمتر از ۲۵ درجه کلوین باقی مانده است. بررسی میزان تبخیر مونوکسید کربن بهعنوان یکی از دلایل نوع رفتار و چند قطعه شدن هسته اینچنین دنبالهدارهایی ممکن است راه تازه و مسیر درستی برای بررسی تحول چنین میهمانان فراخورشیدی باشد. این اطلاعات نشانههایی در اختیار ما قرار میدهد که این دنبالهدار در چگونه محیطی به دنیا آمده است. اما این توصیف موقعیت محل تولد فعلا کمک چندانی به مشخص کردن محل دقیق تولد در کهکشان نمیکند. ما اکنون درک اندکی از وضعیت خانوادگی این دنبالهدار داریم اما راهی نداریم که محل این خانواده را پیدا کنیم.
نخستین میهمان: پرحاشیه و غیرعادی
برخلاف دنبالهدار بوریسف که بدون هیچ مشکلی توانستیم دنبالهدار بودن آن را تشخیص دهیم، اوضاع در مورد نخستین میهمان فراخورشیدی تأییدشده بسیار متفاوت بود. این جرم که اوماموآ نام گرفت، شبیه به هیچ جرم فضایی آشنایی نبود که ستارهشناسان پیشتر با آن مواجه شده بودند. اوماموآ، جرمی کشیده و قرصمانند، متخلل و با حرکتی عجیب و غیرعادی بود که گاز بسیار اندکی از خود آزاد میکرد. این رفتار و ویژگیهای عجیب به حدی بود که حتی برخی این فرض را مطرح کردند که شاید این میهمان شگفتانگیز، سفینهای فضایی و بازدیدکنندهای از سوی تمدنی فرازمینی باشد. حالا «یون ژانگ» از رصدخانه کوت دَزور در فرانسه معتقد است توانسته مدلی ارائه دهد که بر اساس آن میتواند شکلگیری اوماموآ را بر اساس سناریوهای طبیعی و اصول فیزیک شناختهشده توضیح دهد. او معتقد است این روند حتی میتواند روندی رایج در منظومه شمسی ما باشد. او و همکارش «داگلاس لین» از دانشگاه کالیفرنیا در سانتاکرو، یافتههای مدل عددی خود را در ژورنال نیچر ستارهشناسی مورخ ۱۳ آوریل منتشر کردهاند. توضیح آنها از شکلگیری چنین جرمی در دوره شکلگیری سیارهها آغاز میشود. بر اساس این توضیح در
هنگام شکلگیری سیارکها یا دنبالهدارها ممکن است گذر یک پیشدنبالهدار یا پیشسیارک از کنار جرمی بزرگتر باعث تغییر مدار آن شود. این قطعه چند کیلومتری به سمت مرکز منظومه و ستاره مادری حرکت میکند و از فاصله چند صد هزار کیلومتری نزدیک آن گذر میکند. این ملاقاتی ویرانکننده برای پیشهسته دنبالهدار است. در این ملاقات تحت تأثیر نیروهای گرانش شدید بافت و ساختار این پیشهسته، از هم گسیخته شده و شکل آن تغییر میکند. این شبیه همان اتفاقی است که در دهه ۱۹۹۰ ما در منظومه شمسی خود شاهد آن بودیم و دنبالهدار شومیکر-لوی ۹ تحت گرانش مشتری به چنان سرنوشتی دچار شد. اما این بار به جای اینکه بقای مانده این هسته به درون خورشیدش سقوط کند (همانطور که بقایای شومیکر-لوی ۹ به درون مشتری سقوط کردند) به دلیل زاویه مداریاش بهسرعت فرّار میرسد و از دام گرانش ستاره مادر رها میشود و سفری طولانی را در دل فضای میانستارهای آغاز میکند؛ سفری که در نهایت او را به نزدیکی مرکز گرانش دیگری مانند خورشید میآورد و در نهایت او را به بازدیدکنندهای از فضاهای دور برای ما بدل میکند. اگر این مدل درست باشد باید منشأ اوماموآ را در
چندپارهشدن هسته یک دنبالهدار یا سیاره کوتولهای دید که قطر اولیهاش چیزی حدود چند صد کیلومتر بوده است.
داستان خانههای دوردست مهاجران
حالا ما در تلاش برای شناخت بیشتر مسافرانی هستیم که هزارههای طولانی در محیطی سرد و تاریک به سفر و هجرتی عظیم دست زدهاند. آنها از خانه خود رانده شدهاند و در مسیر بهظاهر بیپایان خود سری به ما میزنند. اما این رهگذران مانند هر مهاجر دیگری با خود داستانهای بسیاری از سرزمینهای دور و ناآشنا به همراه دارد. دانشمندان سعی دارند با شنیدن داستان آنها به راز سرزمینهایی دست یابند که فراسوی افق دید و امکان سفرشان قرار دارد.
منظومه شمسی ما، در طول میلیاردها سال حضور خود در کهکشان میزبان بسیاری از میهمانهای خارجی بوده است. میهمانهایی که پس از سفرهای طولانی در اعماق فضا به دیدار خورشید ما آمدهاند. تاکنون ما حداقل دو مورد از این میهمانهای فضاهای دور را شناختهایم. حالا گروهی از دانشمندان گمان میکنند که توانستهاند نشانههایی از منشأ این رهگذرانی که راهشان به منظومه افتاده است به دست آورند.
دنبالهدار حاشیهنشین
دنبالهدار بوريسُف (2I/BORISOV) دومین جرم میانستارهای شناختهشدهای است که به دیدن منظومه شمسی ما آمده است. این دنبالهدار که در ماه آگوست سال گذشته کشف شد، در مسير نزدیک شدن به خورشید در حال بیدار شدن از خواب زمستانی طولانی خود است. رصدهای ماوراءبنفش و رادیویی در طول موج میلیمتری، نشان میدهد که دلیل بیداری این دنبالهدار فراخورشیدی، تصعید انباشته مونوکسید كربن باستانی این دنبالهدار است. مونوکسید کربن در دمای ۲۵ درجه کلوین (منهاي ۲۴۸٫۱۵ درجه سانتیگراد) منجمد میشود و همین امر نشان از آن دارد که این دنبالهدار باید در حاشیه دوردست و سردِ قرص غبار اطراف ستاره مادرش شکل گرفته باشد. درحالیکه این یافته سرنخی از زادگاه این دنبالهدار میانستارهای در اختیار ما قرار داده است، مدلی نظری و توضیحی درباره اینکه چطور ممکن است نخستین بازدیدکننده شناختهشده فرامنظومهای ما، اوماموآ، به وجود آمده باشد، ارائه کرده است. هر دو این اجرام در امتداد مدارهایی هذلولوی به دیدار خورشید ما آمدهاند. با این وجود ما درباره منشأ آنها چیزی نمیدانیم، جز اینکه خانه اولیه آنها در جایی فراسوی منظومه شمسی ما قرار داشته است.
اوماموآ اکنون در حال گذر از مدار سیاره زحل در راه خارج شدن از منظومه ما است و دیگر قابل مشاهده نیست. اما ما هنوز میتوانیم دومین بازدیدکننده شناختهشده کیهانی خود، دنبالهدار بوریسف را رصد کنیم.
سرزمین مادری بوریسف کجا است؟
در شماره این هفته مجله نیچر ستارهشناسی، گزارشهایی از دو تحقیق را منتشر کرد که در زمانی که این دنبالهدار در ماه دسامبر گذشته به حضیض مداری خود رسیده بود، صورت گرفته است. در حولوحوش زمان این حضیض این دنبالهدار به حدی درخشان شده بود که بتوان با کمک روشهای طیفسنجی ترکیب تشکیلدهنده آن را تعیین کرد. یکی از این گروههای تحقیقی به مدت حدود یک ماه به بررسی تابشهای ماوراءبنفش فلوئورسنس ناشی از مونوکسید کربن پرداخت. در طول این زمان میزان این تابشهای مونوکسید کربن، تقریبا ثابت ماندند، اما تابش ناشی از مولکولهای آب بهسرعت کاهش پیدا کرد. این باعث سردرگمی اولیه رصدگران این دنبالهدار شد. اما اندکی بعد آنها توضیحی برای این پدیده پیدا کردند. آنها متوجه شدند که انتشار اولیه گازها باعث شده است بخشی از مواد سطحی دنبالهدار پراکنده شده و در نتیجه لایههای غنیتری از مونوکسید کربن که زیر سطح این دنبالهدار انباشته شده بود، ظاهر شود. میزان مونوکسید کربنی که توسط یکی از طیفنگارهای هابل اندازهگيري شد، نشان از این داشت که میزان مونوکسید کربن موجود در گیسوی این دنبالهدار ۵۰درصد بیش از میزان آب موجود در این گیسو است که
همزمان توسط رصدخانه فضایی سوئیفت اندازهگیری شده بود. از سوی دیگر گروهی به رهبری «مارتین موردینر» در نیمه ماه دسامبر به کمک آرایه رادیویی آلما در شیلی، این دنبالهدار را هدف قرار دادند. نتایج بررسی این گروه نیز وجود منابع غنی مونوکسید کربن در این دنبالهدار را تأیید میکرد. این بررسی نشان داد که نسبت مونواکسید کربن به آب، در این دنبالهدار بیش از هر دنبالهدار از خانواده منظومه شمسی ما است که درون فاصله 2.5 واحد نجومی (هر واحد نجومی میانگین فاصله زمین تا خورشید است) رصد و بررسی شدهاند. این فاصله از خورشید مرزی است که اصطلاحا آن را خط برف آب مینامند و مرزی است که در آن یخ آب شروع به تبخیر میکند. البته در این بین یک استثنا هم وجود داشت و آن دنبالهدار (C/2016 R2 (PanSRARRS بود که زمانی که در فاصله 2.8 واحد نجومی از خورشید داشت نسبت میان مونوکسید کربن به آب در آن بالاتر از مقدار رصدشده اخیر بود. با این وجود بقیه ویژگیهای آن دنبالهدار بهقدری نامتعارف و متفاوت با سایر دنبالهدارهای منظومه شمسی است که برخی این حدس را مطرح کردند که این دنبالهدار احتمالا منشأیی در خارج از منظومه شمسی دارد و در گذشتهای
دور به دام گرانش خورشید افتاده و در ابر اورت اقامت گزیده است. این بررسیها در عمل عرصه تازهای را در علوم سیارهای پیشروی دانشمندان گشوده و آنها را قادر کرده است که بهطور مستقیم و بیواسطه و به کمک مطالعه چنین دنبالهدارهایی به بررسی شرایط تحول منظومههای فراخورشیدی بپردازند. (گفتني است ابر اورت نام منطقهای است که بسیاری از دنبالهدارها، سنگها و یخهایی که در واقع مربوط به بقایای تولد منظومه شمسی هستند از آن سرچشمه میگیرند. دانشمندان معتقدند این ابر از فاصله ۲۰۰۰ تا ۵۰۰۰ واحد نجومی آغاز شده و تا فاصله ۵۰,۰۰۰ واحد نجومی که تقریبا برابر با یک سال نوری است، نیز ادامه پیدا میکند. برخی دیگر بر این عقیدهاند که این ابر عظیم حتی تا بیشتر از ۱۰۰,۰۰۰ واحد نجومی گسترش یافته است و این به آن معناست که لبهاش تا مرز پایانی منظومه شمسی ما کشیده شده است. این ابر به یادبود ستارهشناسی به نام «یان اورت» که وجود آن را در سال ۱۹۵۰ پیشبینی کرده بود، ابر اورت نهاده شده است. ذخیره بالای مونوکسید کربن در دنبالهدار بوریسف نشانهای از آن است که این دنبالهدار در جایی فراسوی خط برفی مونوکسید کربن منظومه مادری، یعنی در نواحی
بیرونی قرص سیارهای اطراف ستاره مادر به وجود آمده و در طول سفر خود در فضای میانستارهای نیز همواره در فضایی با دمای کمتر از ۲۵ درجه کلوین باقی مانده است. بررسی میزان تبخیر مونوکسید کربن بهعنوان یکی از دلایل نوع رفتار و چند قطعه شدن هسته اینچنین دنبالهدارهایی ممکن است راه تازه و مسیر درستی برای بررسی تحول چنین میهمانان فراخورشیدی باشد. این اطلاعات نشانههایی در اختیار ما قرار میدهد که این دنبالهدار در چگونه محیطی به دنیا آمده است. اما این توصیف موقعیت محل تولد فعلا کمک چندانی به مشخص کردن محل دقیق تولد در کهکشان نمیکند. ما اکنون درک اندکی از وضعیت خانوادگی این دنبالهدار داریم اما راهی نداریم که محل این خانواده را پیدا کنیم.
نخستین میهمان: پرحاشیه و غیرعادی
برخلاف دنبالهدار بوریسف که بدون هیچ مشکلی توانستیم دنبالهدار بودن آن را تشخیص دهیم، اوضاع در مورد نخستین میهمان فراخورشیدی تأییدشده بسیار متفاوت بود. این جرم که اوماموآ نام گرفت، شبیه به هیچ جرم فضایی آشنایی نبود که ستارهشناسان پیشتر با آن مواجه شده بودند. اوماموآ، جرمی کشیده و قرصمانند، متخلل و با حرکتی عجیب و غیرعادی بود که گاز بسیار اندکی از خود آزاد میکرد. این رفتار و ویژگیهای عجیب به حدی بود که حتی برخی این فرض را مطرح کردند که شاید این میهمان شگفتانگیز، سفینهای فضایی و بازدیدکنندهای از سوی تمدنی فرازمینی باشد. حالا «یون ژانگ» از رصدخانه کوت دَزور در فرانسه معتقد است توانسته مدلی ارائه دهد که بر اساس آن میتواند شکلگیری اوماموآ را بر اساس سناریوهای طبیعی و اصول فیزیک شناختهشده توضیح دهد. او معتقد است این روند حتی میتواند روندی رایج در منظومه شمسی ما باشد. او و همکارش «داگلاس لین» از دانشگاه کالیفرنیا در سانتاکرو، یافتههای مدل عددی خود را در ژورنال نیچر ستارهشناسی مورخ ۱۳ آوریل منتشر کردهاند. توضیح آنها از شکلگیری چنین جرمی در دوره شکلگیری سیارهها آغاز میشود. بر اساس این توضیح در
هنگام شکلگیری سیارکها یا دنبالهدارها ممکن است گذر یک پیشدنبالهدار یا پیشسیارک از کنار جرمی بزرگتر باعث تغییر مدار آن شود. این قطعه چند کیلومتری به سمت مرکز منظومه و ستاره مادری حرکت میکند و از فاصله چند صد هزار کیلومتری نزدیک آن گذر میکند. این ملاقاتی ویرانکننده برای پیشهسته دنبالهدار است. در این ملاقات تحت تأثیر نیروهای گرانش شدید بافت و ساختار این پیشهسته، از هم گسیخته شده و شکل آن تغییر میکند. این شبیه همان اتفاقی است که در دهه ۱۹۹۰ ما در منظومه شمسی خود شاهد آن بودیم و دنبالهدار شومیکر-لوی ۹ تحت گرانش مشتری به چنان سرنوشتی دچار شد. اما این بار به جای اینکه بقای مانده این هسته به درون خورشیدش سقوط کند (همانطور که بقایای شومیکر-لوی ۹ به درون مشتری سقوط کردند) به دلیل زاویه مداریاش بهسرعت فرّار میرسد و از دام گرانش ستاره مادر رها میشود و سفری طولانی را در دل فضای میانستارهای آغاز میکند؛ سفری که در نهایت او را به نزدیکی مرکز گرانش دیگری مانند خورشید میآورد و در نهایت او را به بازدیدکنندهای از فضاهای دور برای ما بدل میکند. اگر این مدل درست باشد باید منشأ اوماموآ را در
چندپارهشدن هسته یک دنبالهدار یا سیاره کوتولهای دید که قطر اولیهاش چیزی حدود چند صد کیلومتر بوده است.
داستان خانههای دوردست مهاجران
حالا ما در تلاش برای شناخت بیشتر مسافرانی هستیم که هزارههای طولانی در محیطی سرد و تاریک به سفر و هجرتی عظیم دست زدهاند. آنها از خانه خود رانده شدهاند و در مسیر بهظاهر بیپایان خود سری به ما میزنند. اما این رهگذران مانند هر مهاجر دیگری با خود داستانهای بسیاری از سرزمینهای دور و ناآشنا به همراه دارد. دانشمندان سعی دارند با شنیدن داستان آنها به راز سرزمینهایی دست یابند که فراسوی افق دید و امکان سفرشان قرار دارد.