جوانی بدون جوانی

زمانی که اخترشناسان با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل مشغول رصد ستاره‌های موجود در کهکشان راه شیری ما بودند، به طور کاملا تصادفی به چیز بسیار نادری برخوردند: کهکشانی در دوردست که مملو از خوشه‌های ستاره‌ای بود؛ ستاره‌های بسیار کم‌نور و تاریکی که دیدنشان برای بیشتر تلسکوپ‌ها تقریبا غیرممکن است.
نور ساطع شده از برخی از این خوشه‌های ستاره‌ای به طور شگفت‌انگیزی بسیار سرخ‌تر از حد انتظار است. اخترشناسان هنوز نتوانستند برای این رصد‌های اخیر تلسکوپ هابل توضیحی ارائه کنند و بحث و جدل‌ها بر سر آن همچنان ادامه دارد. خوشه‌های ستاره‌ای مجموعه‌هایی متراکم از ستاره‌ها هستند که در آنها ستاره‌ها به کمک نیروی گرانشی درست به شکل دانه‌های انگور در یک خوشه، در کنار هم قرار می‌گیرند. خوشه‌های ستاره‌ای یکی از کهن‌ترین ساختار‌های موجود در جهان به شمار می‌روند. ستارگان هر خوشه، همزمان و از یک ابر غبار و گاز زاده شده‌اند و بنابراین سن و ترکیب‌شان مشابه است، اما با توجه به اختلاف جرم‌هایشان به انواع مختلفی تعلق دارند. بنا به تعاریف اخترشناختی اساسا دو نوع خوشه وجود دارد: خوشه کروی و خوشه باز. خوشه‌های کروی پیرترند و در هاله‌ای کروی پیرامون هسته کهکشان‌ها قرار دارند اما خوشه‌های باز جوان‌ترند و در مرکز کهکشان قرار می‌گیرند.
خوشه باز مجموعه‌ای از ستارگان سست‌پیوند است که تعدادشان از کمتر از صدستاره تا بیش از چند هزار تغییر می‌کند. تقریبا ۱۲۰۰ خوشه باز شناخته شده در کهکشان راه شیری وجود دارد که همگی در مرکز کهکشان واقع شده‌اند. پهنای خوشه‌های باز معمولا به چند سال نوری می‌رسد و از ستاره‌های گروه اول تشکیل می‌شود که جوان و فوق‌العاده درخشان هستند. البته خوشه‌های باز ساختار‌هایی ابدی نیستند و سرانجام ستارگان درون آنها به خاطر اختلالات گرانشی ناشی از سایر اجرام موجود در کهکشان از یکدیگر دور خواهند شد. در مقابل خوشه کروی مجموعه‌ای از ستارگان فشرده به یکدیگر است که تعدادشان از ده‌ها هزار تا صدها هزار ستاره متغیر است. خوشه‌های کروی معمولا دایره‌ای شکل بوده و تقریبا ۱۰۰ سال نوری پهنا دارند.
در این خوشه بیشتر ستاره‌ها در مرکز خوشه متمرکز شده‌اند. تقریبا ۱۵۰ خوشه کروی شناخته شده در کهکشان ما وجود دارد، که اکثرشان در هاله پیرامون هسته کهکشان قرار دارند. ستاره‌های موجود در خوشه‌های کروی، پیر و از ستارگان گروه دوم به شمار می‌روند که میزان درخشندگی‌شان نسبت به ستاره‌های گروه اول بسیار کمتر است. خوشه‌های کروی زمانی تشکیل شده‌اند که کهکشان میزبان آنها به شکل ابری کروی بود. هنگامی که کهکشان به شکل قرص درآمد، خوشه‌های کروی درون‌هاله‌ای، پیرامون هسته باقی ماندند. خوشه‌های کهکشانی یکی از جذاب‌ترین موضوعات در تحقیقات اخترشناسی به شمار می‌روند. در کهکشان راه شیری ما دست‌کم ۱۵۸ نمونه از این خوشه‌های کهکشانی وجود دارد. خوشه بحث‌برانگیز اخیر نیز از نوع خوشه‌های کروی است که با انتظارات اخترشناسان چندان مطابقت ندارد.
زمانی که جیسن کالیاری (J.Kaliari)، استاد دانشگاه کالیفرنیا و همکارانش مشغول عکسبرداری از یکی از این خوشه‌های ستاره‌ای در کهکشان راه شیری بودند، به طور کاملا اتفاقی متوجه گوهری نادر شدند که در پس زمینه تصویر‌شان می‌درخشید: کهکشانی بیضی‌شکل در دوردست که پر از خوشه‌های ستاره‌ای بود. کالیاری در این‌‌باره می‌گوید «این کهکشان و مجموعه خوشه‌های ستاره‌ای‌اش در فاصله ۱.۲ میلیارد سال نوری از ما قرار دارد.
اگر این کهکشان اندکی دور‌تر قرار داشت ما هرگز نمی‌توانستیم آن را ببینیم به همین خاطر است که خوشه‌های ستاره‌ای موجود در این کهکشان بسیار تار و کم‌نور به نظر می‌رسند.» با اینکه گروه اخترشناسان دانشگاه کالیفرنیا در رصد اخیرشان تنها ۱۹۵ خوشه ستاره‌ای را مشاهده کرده‌اند اما بر این باورند که باید بیش از هزار خوشه در این کهکشان وجود داشته باشد که به خاطر فاصله بسیار زیاد و در نتیجه کم‌نور بودنشان، قابل مشاهده نیستند. اگرچه تعیین سن این خوشه‌های ستاره‌ای غیرممکن است اما به احتمال فراوان آنها هم در حوالی همان زمانی تشکیل شده‌اند که خوشه‌های ستاره‌ای موجود در کهکشان راه شیری به وجود آمده‌اند که بنا به تخمین اخترشناسان بیش از ۱۲ میلیارد سال پیش است. با توجه به اینکه نور ساطع شده از این خوشه‌های ستاره‌ای دوردست حدود ۲/۱ میلیارد سال طول می‌کشد تا به زمین برسد، اخترشناسان بر این باورند آنچه مشاهده کرده‌اند تصویر بی‌همتایی از مراحل اولیه حیات ستاره‌ها در جهان است.
تصویری که از اجرام آسمانی توسط تلسکوپ‌ها مشاهده می‌شود تصویری از گذشته آنهاست نه وضعیت کنونی‌شان. در واقع با توجه به فواصل بسیار دور کهکشان‌ها و ستاره‌ها از ما، مدتی طول می‌کشد تا نور آنها به زمین برسد. برای مثال اگر تصویری از کهکشانی در فاصله ۱۰۰ میلیون سال نوری را به کمک تلسکوپ مشاهده کنیم آنچه می‌بینیم تصویری از آن کهکشان است که در ۱۰۰ میلیون سال پیش وجود داشت، نه در حال حاضر. بنابراین هرچه به اجرام دورتر بنگریم تصویری کهن‌تر از جهان را خواهیم دید. با توجه به این مسئله اخترشناسان انتظار دارند هرچه به گذشته‌های دورتر نگاه می‌کنند، با خوشه‌های ستاره‌ای آبی‌تری مواجه شوند. در واقع خوشه‌های ستاره‌ای جوان‌تر باید ستاره‌های آبی‌رنگ بیشتری داشته باشند که ستاره‌هایی داغ‌تر و سنگین‌ترند.
با مسن‌تر شدن سن خوشه‌ها، ستاره‌های درون آنها بیشتر و بیشتر سوخت‌شان را مصرف می‌کنند و در نهایت آنچه به جا می‌ماند ستاره‌هایی پیر و سرخ فام است. اما آنچه گروه اخترشناسان دانشگاه کالیفرنیا به رهبری کالیاری مشاهده کرده‌اند خلاف این روند را نشان می‌دهد. با توجه به فاصله ۲/۱ میلیارد سال نوری خوشه‌های ستاره‌ای تازه کشف شده از زمین، آنچه در تلسکوپ هابل مشاهده شد تصویری از آن ستاره‌هاست که در ۲/۱ میلیارد سال پیش وجود داشت، یعنی تصویری از جوانی این ستاره‌ها. برخی از درخشان‌ترین خوشه‌های ستاره‌ای مشاهده شده در رصد اخیر، از پیش‌بینی مدل‌های ستاره‌ای استاندارد ۲۰ درصد قرمز‌تر به نظر می‌رسند که بیشتر به ستاره‌های پیرتر شباهت دارد و با سن و سال این ستاره‌ها جور درنمی‌آید. در واقع این مسئله بسیار عجیب است، چراکه اخترشناسان بر این باورند که طی چند میلیارد سال آخر عمر ستاره‌ها نباید اختلاف فاحشی در ظاهر آنها به وجود آید. استفن زپ (S.Zepf)، اخترشناس دانشگاه ایالتی میشیگان که در رصد‌های اخیر حضور نداشت، در این‌باره می‌گوید «تکامل ستاره‌ها در آخرین سال‌های عمرشان به‌راستی چندان سریع اتفاق نمی‌افتد. در واقع این تغییرات را به نوعی می‌توان با تغییرات ۶۰ تا ۶۵ سالگی در انسان مقایسه کرد. تغییرات در این سن چه در مورد انسان و چه در مورد ستاره‌ها، با تغییرات طی پنج سال آغازین حیات به هیچ وجه قابل مقایسه نیستند.»
گروه اخترشناسان دانشگاه کالیفرنیا نتوانستند برای این قرمزی غیرعادی دلیلی ذکر کنند اما کالیاری و همکارانش می‌گویند ممکن است این شرایط غیرعادی با ترکیب شیمیایی آن ستاره‌ها ارتباط داشته باشد. کالیاری در این‌باره می‌گوید: «شاید فقط به این خاطر باشد که آنچه ما یافته‌ایم جمعیتی عجیب و نادر از خوشه‌های ستاره‌ای است که در ترکیب آنها بیش از حد انتظار ما ترکیبات فلزی وجود دارد. اما اگر این خوشه‌ها و ستاره‌های درونشان آنقدر‌ها هم غنی از فلزات نباشند باید این احتمال را هم در نظر بگیریم که مدل‌های ستاره‌ای استاندارد ما چندان درست نیستند.» در واقع این مدل‌ها سرعت طی شدن مراحل مختلف زندگی توسط ستاره‌ها را محاسبه می‌کنند؛ مراحلی که بر اساس واکنش هم جوشی هسته‌ای عناصر مختلف در کوره‌های هسته‌ای ستاره‌ها تعیین می‌شود. زپ در این‌باره می‌گوید: «ممکن است چیزی در مورد تکامل ستاره‌ها وجود داشته باشد که ما هنوز درک نکرده‌ایم.» اما او در ادامه افزود: «شاید توضیح ساده‌تری نیز درمورد خوشه‌های ستاره‌ای فرا سرخ نیز وجود داشته باشد.» زپ با اشاره به اینکه مواد حائل میان ما و این خوشه‌های ستاره‌ای در چنین فاصله دوردستی می‌توانند نور آبی را جذب کنند و شاید گروه اخترشناسان دانشگاه کالیفرنیا اثر این مسئله را دست‌کم گرفته باشند، گفت: «اخترشناسان دانشگاه کالیفرنیا بهترین راه حل ممکن را در نظر گرفتند اما به هرحال هنوز در این‌باره عدم‌قطعیت وجود دارد. این توضیح و تفسیری است که به کمترین میزان تغییرات نیاز دارد.»
خوشه‌های ستاره‌ای پیش از این نیز در کهکشانی حتی دورتر از نمونه اخیر پیدا شده‌اند. اما این خوشه‌های ستاره‌ای دورترین خوشه‌هایی هستند که تاکنون برای بررسی جزئیات و خواصی مثل میزان قرمز بودن مورد استفاده قرار گرفته‌اند. به هر حال یافتن مجموعه‌هایی از این دست در دیگر کهکشان‌های دوردست تقریبا غیرممکن است. در واقع خوشه‌های ستاره‌ای موجود در کهکشان‌هایی در چنین فواصل بسیار بسیار دور، بی‌نهایت کم‌نور و تار هستند. اگر تمام خوشه‌های ستاره‌ای که به تازگی مشاهده شده‌اند را یکجا و در کنار هم قرار دهیم باز هم ۵۰۰ میلیون برابر کم‌نور‌تر از آن هستند که بتوان با چشم غیر مسلح مشاهده‌شان کرد. کشف و شناسایی چنین نقاط کم‌نوری مستلزم ۱۲۶ دور حرکت‌مداری تلسکوپ فضایی هابل است؛ مدت زمان مشاهده‌ای که دستیابی به آن بسیار دشوار خواهد بود. علاوه بر این، دانستن این مسئله که تلسکوپ را باید به سوی کدام نقطه نشانه رفت غیرممکن است. کالیاری در این‌باره می‌گوید: «این مسئله در عین حال که بسیار جالب و شگفت‌انگیز است، به شدت مایه تاسف نیز هست. آنها نشانه‌ای از آنچه در گذشته رخ داده را به ما نشان می‌دهند، اما تنها یک نشانه نه بیشتر.» مقاله نوشته شده توسط کالیاری و همکارنش در دانشگاه کالیفرنیا درباره مشاهدات اخیرشان توسط تلسکوپ فضایی هابل در شماره اخیر ژورنال Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.

کیوان فیض‌اللهی
New Scientist, July ۲۰, ۲۰۰۸

منبع : روزنامه کارگزاران