زارعان پهنه آسمان

شاید محققان نتوانند نخستین ستاره‌های جهان را از پشت تلسکوپ‌های‌شان ببینند اما این مسئله باعث نمی‌شود که آنها از تلاش برای درک چگونگی پیدایش این کره‌های آتش از آن روز‌های تاریک و سرد که جهان هنوز جوان بود، دست‌بردارند. شبیه‌سازی‌های سه بعدی اخیر که در ژورنال ساینس (Science) منتشر شده‌اند، مجموعه مراحلی هستند که چگونگی شکل‌گیری ستاره‌ها را به خوبی نشان می‌دهند. بر اساس این شبیه‌سازی‌ها، پیش از آنکه ستاره‌ها شکل بگیرند باید غبار و مه ناپایداری از اتم‌های هیدروژن وجود داشته باشد که به شکل «پیش ستاره» (Protostar) متراکم شود. در واقع پیش ستاره کره چگالی از اتم‌های هیدروژن است که جرم آن به یک درصد جرم خورشید می‌رسد. این بذرهای ستاره‌ای سرانجام به شکوفایی کامل می‌رسند و به ستاره‌هایی بزرگ‌تر از خورشید تبدیل خواهند شد، ستاره‌هایی که با راه افتادن فرایند همجوشی هسته‌ای، هیدروژن در آنها به هلیم و سپس به تدریج به دیگر عناصر سنگین‌تر تبدیل می‌شود.
این ستاره‌ها که در واقع رآکتورهای هسته‌ای غول‌آسایی هستند که برخلاف رآکتورهای ساخت بشر به جای فرایند شکافت در آنها همجوشی هسته‌ای رخ می‌دهد، با ادامه یافتن فعالیت هسته‌ای‌شان، ستاره‌های مدرن، سیارات و حتی خود حیات را به وجود می‌آورند. این نتایج به دست آمده از شبیه‌سازی‌های سه بعدی بسیار پیچیده اخیر می‌تواند به روشن کردن دوران تاریک کیهان در خلال چند میلیارد سال نخست پس از «انفجار بزرگ» کمک کند، جهانی که حدود ۷/۱۳ میلیارد سال پیش با آن انفجار مهیب آغاز شد. پراکندگی و نوسانات «تابش پس زمینه مایکروویو کیهانی» به محققان می‌گوید که این موضوع نتیجه توزیع ناهمگن انفجار بزرگ است. این حقیقت که ستاره‌ها و کهکشان‌ها در جاهایی شکل گرفته‌اند که گاز غلیظ و متراکم بوده است، بسیار ساده به نظر می‌آید اما فواصل بی‌نهایت عظیم در چنین مسائلی باعث می‌شود تا فرایندهای شبیه‌سازی بسیار چالش‌برانگیز باشند. در بررسی‌های اخیر که توسط محققانی از دانشگاه ناگویا در ژاپن، رصدخانه اخترشناختی ملی ژاپن در توکیو و دانشگاه هاروارد انجام شده است، دما و چگالی گاز در امتداد فاصله‌های عظیمی به طول هزاران سال نوری که بسیار بزرگ‌تر از فاصله متوسط میان ستاره‌ها است و با دقتی در حد ۸۰ هزار کیلومتر که ۱۰ برابر کوچک‌تر از شعاع خورشید است، مورد محاسبه قرار گرفت.
این محققان در انجام شبیه‌سازی‌های اخیرشان، بر زمانی تمرکز کردند که چیزی حدود ۳/۱ میلیارد سال از عمر جهان گذشته بود. در این شبیه‌سازی‌ها گاز موجود در جهان در آن روزها، تحت نیروی گرانش خودش به شکل ابرهایی از مولکول‌های هیدروژن چگالیده شد که ابعاد آنها به ده‌ها سال نوری رسید. اما با وجود چنین ابعاد عظیمی، این ابرها جرمی تنها به اندازه جرم خورشید داشتند. سپس این ابرها بر اثر ساطع کردن امواج و در نتیجه از دست دادن انرژی رو به سردی گذاشتند. کاهش دما شرایطی را پدید آورد تا این ابرها در مرکزشان به شکل مارپیچ مسطح دواری درآیند. پس از آنکه روند کاهش دما دیگر امکان ادامه نداشت، مرکز این مارپیچ دوار به شکل کره نسبتا سفت و سختی درآمد که قطر آن به پنج میلیون کیلومتر رسید. در واقع سرد شدن مارپیچ تا جایی ادامه یافت که تراکم گاز باعث افزایش چگالی و در نتیجه افزایش دما در مرکز مارپیچ شد. دمای گاز در مرکز کره به وجود آمده در مرکز مارپیچ به بیش از ۱۰ هزار درجه سانتیگراد رسیده بود.
با اینکه تا این جای کار فرایند شبیه‌سازی به خوبی پیش رفته بود اما در این مرحله از فرایند واقعی شکل‌گیری ستاره با توقف کوتاهی مواجه شد. به هر حال جاری شدن امواج شوک از پیش ستاره در این مرحله باعث می‌شود تا رفتار آن بسیار پیچیده و در نتیجه شبیه‌سازی آن بسیار دشوار باشد. با این حال آبراهام لوئب (A.Loeb)، محقق مرکز اخترفیزیک هارواد-اسمیتسونیان در این‌باره می‌گوید «نتایج به دست آمده از این شبیه‌سازی، شبیه‌سازی‌های گذشته که با ساده‌سازی‌های بیشتری همراه بوده‌اند را به خوبی تایید کرد.» لوئب در ادامه افزود «آنچه تا به حال نامعلوم مانده این است که این هسته مرکزی متراکم پس از آنکه شروع به سوزاندن هیدروژن کرد، چه مقدار گاز را متراکم کرده است. در واقع با دانستن این مسئله می‌توان جرم نهایی ستاره و همچنین سرنوشت آن را معلوم کرد، سرنوشتی که می‌تواند به پیدایش یک سیاهچاله یا ابرنواختر (Supernova) بینجامد. لوئب در این باره می‌گوید «اعتقاد بیشتر محققان بر این است که این ستاره به اندازه چند ۱۰ برابر جرم خورشید، گاز درون خود انباشته کرده بود. اگر چنین باشد، این ستاره پس از مرگ تبدیل به یک ابرنواختر خواهد شد که می‌تواند عناصر سنگین و نیز بذر شکل‌گیری ستاره‌های کوچک‌تر را در پهنه بیکران فضا بدمد.» اما با این حال احتمال دیگری هر چند اندک وجود دارد که این ستاره تا رسیدن به جرمی معادل چند هزار برابر جرم خورشید، به رشد کردن ادامه داده باشد.
در این صورت چنین ستاره غول‌آسایی به احتمال فراوان دچار «رمبش» خواهد شد و در خود فرو خواهد ریخت تا یک سیاهچاله متولد شود، سیاهچاله‌ای که تمام آن عناصر سنگین را خواهد بلعید. محققان برای تایید نظرات‌شان باید تا به کار افتادن تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) صبر کنند. شاید این تلسکوپ فضایی که بر اساس برنامه قرار است در سال ۲۰۱۳ پرتاب و جانشین تلسکوپ فضایی هابل شود، بتواند با نگاه کردن به نور ضعیف به جا مانده از آن‌کهکشان‌های نخستین، نظرات محققان درباره نخستین ستاره‌های جهان را مورد تایید قرار دهد. ولکر بروم (V.Bromme)، اخترفیزیکدان دانشگاه تگزاس در سرمقاله‌ای که برای مقاله اخیر منتشر شده در ژورنال ساینس نوشته بود به این مسئله اشاره کرد که «ترکیب یافته‌های به دست آمده از تلسکوپ فضایی جیمز وب و دیگر آزمایش‌ها و شبیه‌سازی‌های اصلاح شده در آینده این نوید را می‌دهد که طی دهه پیش رو بتوانیم آخرین شکاف در جهان بینی کیهانی‌مان را پر کنیم.»

کیوان فیض‌اللهی
Scientific American, Aug. ۰۱, ۲۰۰۸

منبع : روزنامه کارگزاران