کشف آب در نزدیکی سیاهچاله مرکزی راه شیری؛ تلسکوپ جیمز وب راز ستاره IRS 3 را آشکار کرد
تصویری خیرهکننده از نزدیکی مرکز کهکشان راه شیری، محیطی بهشدت خشن را نشان میدهد؛ جایی که ستارهای در حال مرگ، در فاصلهای بسیار نزدیک به سیاهچاله ابرپرجرم Sagittarius A*، همچنان مواد، غبار و حتی مولکولهای آب را در فضای اطراف خود پراکنده میکند.
کشف آب در یکی از خشنترین مناطق راه شیری
این تصویر که در ۱۱ اوت ۲۰۲۶ منتشر شد، ستارهای به نام IRS 3 را در نزدیکی مرکز راه شیری نشان میدهد؛ ستارهای که حدود ۲۶ هزار سال نوری از زمین فاصله دارد.
آنچه این تصویر را به یکی از یافتههای جالب نجومی تبدیل کرده، فقط ظاهر چشمگیر آن نیست. پژوهشگران در پوشش گستردهای از گاز و غبار که اطراف IRS 3 شکل گرفته، نشانههایی از آب پیدا کردهاند.
کشف آب در اطراف ستارگان پیش از این نیز مشاهده شده بود، اما این نخستین بار است که آب در چنین فاصله نزدیکی از سیاهچاله ابرپرجرم مرکز راه شیری، یعنی Sagittarius A*، شناسایی میشود.
این یافته میتواند دیدگاه دانشمندان درباره توانایی ستارگان پیر برای تولید و پراکندهکردن مواد در محیطهای بسیار خشن مرکز کهکشان را تغییر دهد.
IRS 3 دقیقا کجای راه شیری قرار دارد؟
IRS 3 در فاصله حدود ۰٫۵۵ سال نوری از Sagittarius A* قرار گرفته است؛ فاصلهای که در مقیاسهای کیهانی بسیار نزدیک محسوب میشود.
سیاهچاله مرکزی راه شیری محیطی بسیار شدید دارد و تابشهای قدرتمند و شرایط متلاطم اطراف آن میتواند بقای مواد مولکولی را دشوار کند.
به همین دلیل، مشاهده آب در پوشش اطراف IRS 3 اهمیت ویژهای دارد. به گفته ماکارنا گارسیا مارین، پژوهشگر آژانس فضایی اروپا و یکی از نویسندگان مطالعه، شناسایی آب نشان میدهد که مواد مولکولی میتوانند حتی در محیطی که تحت تاثیر تابش شدید قرار دارد، دوام بیاورند.
چرا IRS 3 یک ستاره معمولی نیست؟
IRS 3 در گروه ستارگان سالخوردهای قرار میگیرد که در مرحلهای از تکامل ستارهای به نام شاخه مجانبی غولها قرار دارند.
این ستارگان در مراحل پایانی عمر خود بسیار بزرگ، نسبتا سرد و در عین حال بسیار درخشان هستند. آنها از طریق بادهای شدید ستارهای، لایههایی از ماده خود را به فضای اطراف میرانند.
این مواد خارجشده اهمیت زیادی دارند، زیرا میتوانند در شکلگیری غبار کیهانی نقش داشته باشند؛ موادی که در چرخه پیچیده تکامل ماده در جهان اهمیت دارند.
اما نزدیکی IRS 3 به Sagittarius A* این پرسش را ایجاد کرده بود که آیا این ستاره در چنین محیط خشن و پرتابشی همچنان میتواند بادهای ستارهای ایجاد کند و مواد لازم برای تشکیل غبار را به اطراف خود بفرستد یا نه.
یافتههای جدید تصویر روشنتری از این فرایند ارائه کردهاند.
تلسکوپ جیمز وب چگونه این تصویر را ثبت کرد؟
این نمای بیسابقه با ترکیب دادههای دو ابزار تلسکوپ فضایی جیمز وب به دست آمد: دوربین فروسرخ نزدیک و ابزار فروسرخ میانی.
دادههای فروسرخ میانی به پژوهشگران اجازه دادند ویژگیهای شیمیایی موجود در محیط اطراف IRS 3 را با جزئیات بیشتری بررسی کنند.
گارسیا مارین توضیح داده است که این نخستین بار است که یک طیف فروسرخ میانی پیوسته از این ستاره جمعآوری شده و همین موضوع امکان شناسایی ویژگیهای غبار سیلیکاتی و تعیین دقیقتر ماهیت شیمیایی ستاره را فراهم کرده است.
این مشاهدات بخشی از برنامهای با عنوان MICONIC است که برای بررسی ویژگیهای فروسرخ میانی مراکز کهکشانی نزدیک و شاخص انجام میشود.
پوستهای عظیم از غبار در اطراف IRS 3
پژوهشگران برای بررسی ساختار اطراف IRS 3 تنها به دادههای تلسکوپ جیمز وب اکتفا نکردند.
آنها دادههای طیفی را با مدلهایی ترکیب کردند که نشان میدادند نور ستاره در صورت وجود آرایشهای مختلف غبار چگونه از محیط اطراف آن عبور میکند.
مدلی که بیشترین تطابق را با دادههای مشاهدهشده داشت، ساختاری لایهلایه و شبیه پوسته را نشان داد که از IRS 3 به سمت بیرون تا حدود ۱۰ هزار واحد نجومی امتداد دارد.
دمای این پوشش نیز در نقاط مختلف یکسان نیست. دما در نزدیکی ستاره حدود ۱۲۰۰ کلوین، معادل حدود ۱۷۰۰ درجه فارنهایت یا ۹۲۷ درجه سانتیگراد برآورد شده است.
در لبه بیرونی این پوشش، دما به حدود ۱۰۰ کلوین میرسد؛ یعنی حدود منفی ۲۸۰ درجه فارنهایت یا منفی ۱۷۳ درجه سانتیگراد.
این اختلاف دما نشان میدهد که پوشش اطراف ستاره ساختاری پیچیده دارد و شرایط فیزیکی در فاصلههای مختلف از IRS 3 بهشدت تغییر میکند.
ترکیب شیمیایی غبار؛ یک تصور قدیمی تغییر کرد
یکی از نتایج مهم مطالعه، شناسایی غبار غنی از اکسیژن در اطراف IRS 3 است.
پیشتر، بر اساس شکل پوشش غبار این ستاره، IRS 3 بهعنوان ستارهای غنی از کربن طبقهبندی شده بود.
اما بررسی دقیقتر دادههای فروسرخ میانی نتیجه متفاوتی ارائه کرد. پژوهشگران دو نشانه قوی فروسرخ مربوط به غبار سیلیکاتی مشاهده کردند؛ غباری که از سیلیسیم و اکسیژن تشکیل شده است.
این ویژگی، نشانهای مهم از شیمی غنی از اکسیژن در اطراف ستاره محسوب میشود و در نتیجه، برداشت قبلی درباره ماهیت کربنغنی IRS 3 را زیر سوال میبرد.
آب چگونه توانسته در این محیط دوام بیاورد؟
شاید جذابترین بخش این کشف، شناسایی نشانههای آب درون پوشش اطراف IRS 3 باشد.
این موضوع بهویژه به دلیل فاصله بسیار کم ستاره از Sagittarius A* اهمیت دارد. محیط اطراف یک سیاهچاله ابرپرجرم میتواند تحت تاثیر تابش شدید قرار داشته باشد و چنین شرایطی برای بقای مواد مولکولی چالشبرانگیز است.
با این حال، دادههای جدید نشان میدهند که بخشی از این مواد مولکولی همچنان میتوانند در اطراف ستاره باقی بمانند.
بنابراین، این مشاهده میتواند این تصور را به چالش بکشد که مرکز کهکشانها آنقدر خشن است که فرایندهای مربوط به تولید و پراکندهشدن غبار در آنها نمیتواند رخ دهد.
البته این کشف به معنای وجود شرایط مناسب برای زندگی یا آب مایع در نزدیکی سیاهچاله نیست. آنچه مشاهده شده، نشانههای آب در محیط گازی و غباری اطراف ستاره است.
IRS 3 چه ویژگیهایی دارد؟
مدلهای ستارهای که در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفتند، ویژگیهای جالبی برای IRS 3 نشان میدهند.
بر اساس برآورد پژوهشگران:
- جرم IRS 3 حدود ۶ برابر جرم خورشید است.
- سن آن حدود ۷۲ میلیون سال تخمین زده شده است.
- درخشندگی آن حدود ۶۰ هزار برابر خورشید است.
- این ستاره حدود ۰٫۵۵ سال نوری از Sagittarius A* فاصله دارد.
- پوشش غبار اطراف آن تا حدود ۱۰ هزار واحد نجومی امتداد دارد.
ترکیب این ویژگیها نشان میدهد که IRS 3 در مرحلهای بسیار متفاوت از تکامل نسبت به خورشید قرار دارد و در حال از دست دادن مقدار قابل توجهی از مواد خود است.
چرا کشف آب نزدیک سیاهچاله راه شیری مهم است؟
اهمیت اصلی این یافته صرفا در «پیدا شدن آب» خلاصه نمیشود. نکته مهمتر این است که این کشف اطلاعات تازهای درباره بقای مواد مولکولی و شکلگیری غبار در محیط مرکزی کهکشان در اختیار دانشمندان قرار میدهد.
مرکز راه شیری محیطی بسیار متفاوت با بخشهایی آرامتر از کهکشان است. بنابراین، اگر ستارهای مانند IRS 3 بتواند در چنین شرایطی همچنان مواد خود را به بیرون پرتاب کند و ترکیبات مولکولی در اطراف آن باقی بمانند، مدلهای مربوط به چرخه غبار و ماده در مرکز کهکشان باید این شرایط را نیز در نظر بگیرند.
به بیان ساده، این مطالعه نشان میدهد که حتی در نزدیکی یک سیاهچاله ابرپرجرم نیز ممکن است برخی فرایندهای شیمیایی و ستارهای که پیشتر تصور میشدند بسیار دشوار باشند، همچنان ادامه داشته باشند.
جیمز وب چه چیزی را برای دانشمندان روشنتر کرد؟
تلسکوپ جیمز وب با توانایی مشاهده جهان در طول موجهای فروسرخ، امکان بررسی جزئیات پنهان در میان غبار کیهانی را فراهم میکند.
در مورد IRS 3 نیز ترکیب دادههای فروسرخ نزدیک و میانی به پژوهشگران اجازه داد ساختار پوشش غبار، ترکیب شیمیایی آن و نشانههای مولکولی موجود در این محیط را بهتر بررسی کنند.
نتیجه، تصویری پیچیدهتر از ستارهای بود که در نزدیکی سیاهچاله مرکزی راه شیری زندگی میکند و با وجود شرایط خشن محیطی، همچنان در حال تغییر و از دست دادن مواد است.
یک ستاره پیر با پیامی مهم برای مرکز کهکشان
کشف آب در اطراف IRS 3 یکی از جنبههای جذاب مشاهدات جدید از مرکز راه شیری است، اما اهمیت علمی آن فراتر از خود آب قرار دارد.
این مطالعه نشان میدهد که یک ستاره پیر در فاصله تنها ۰٫۵۵ سال نوری از Sagittarius A* میتواند همچنان بادهای ستارهای ایجاد کند، مواد خود را به فضای اطراف بفرستد و محیطی غنی از غبار و مواد مولکولی ایجاد کند.
همچنین، شناسایی غبار سیلیکاتی غنی از اکسیژن، برداشت قبلی درباره کربنغنی بودن IRS 3 را تغییر داده است.
در نهایت، این یافتهها تصویری تازه از مرکز راه شیری ارائه میکنند: منطقهای که اگرچه تحت تاثیر تابش شدید و گرانش یک سیاهچاله ابرپرجرم قرار دارد، اما شاید برای برخی فرایندهای شیمیایی و ستارهای، آنقدر غیرقابلتحمل نباشد که پیشتر تصور میشد
