«جایزخم» مرموز و تابان در کهکشان ما به دو ستارهای اشاره میکند که تقریباً به خورشید برخورد کردند
ستارهشناسان جایزخم مرموزی از گاز یونیزهشده اطراف سامانه خورشیدی را به دو ستارهای که چند میلیون سال پیش عبور نزدیک به خورشید داشتند، پیوند دادند.
حدود ۴٫۵ میلیون سال پیش، خورشید به طرز شگفتانگیزی به دو ستارهی بسیار درخشان که تابششان فضاهای نزدیک را فراگرفت، نزدیک شد — و این برخورد یک جایزخم شبحوار به جای گذاشت که ستارهشناسان هنوز میتوانند آن را امروز شناسایی کنند، بر پایهٔ یک مطالعهٔ جدید.
گروه تحقیقاتی میگوید این عبور نزدیک میتواند به حل معمای چند دههقاضی کمک کند؛ چرا فضای اطراف سامانه خورشیدیمان انرژی بیشتری نسبت به پیشبینی مدلها دارد، از جمله وجود مازاد هلیوم یونیزهشده.
با استفاده از مدلهای کامپیوتری برای برگشت مسیر ستارگان نزدیک به خورشید، تیمی به رهبری ستارهشناس دانشگاه کلرادو بولدر، مایکل شول، دریافت که دو ستارهی سفید‑آبی، بتا کانیس ماژوری و اپسیلون کانیس ماژوری، حدود ۴٫۵ میلیون سال پیش در فاصلهای کمتر از ۳۰ سال نوری از خورشید عبور کردهاند.
امروزه این ستارگان بهعنوان بخش جلویی و عقبنشینی صورتالماسی کانیس ماژوری (سگ بزرگ) شناخته میشوند که بیش از ۴۰۰ سال نوری از سامانه خورشیدی فاصله دارند. اما حدود ۴٫۵ میلیون سال پیش، وقتی این ستارگان به سامانه خورشیدی نزدیک شدند، آنها جوانتر، گرمتر و درخشانتر بودند. عبورشان ممکن است همزمان با دورهای باشد که «لوسی» — فسیلی بسیار کامل از نیاکدهٔ اولیهٔ انسان که در سال ۱۹۷۴ در اتیوپی کشف شد — بر روی زمین قدم میزد.
«آنها مستقیم به سمت ما نیامدند… اما خیلی نزدیک بودند»، شول به Live Science گفت. «اگر لوسی و دوستانش به آسمان نگاه میکردند و ستارگان را میدیدند، دو ستارهٔ روشنترین در آسمان نه سیریس، بلکه بتا و اپسیلون کانیس ماژوری میبودند.»
یافتهها در تاریخ ۲۴ نوامبر در نشریهٔ نجومی‑فیزیکی (The Astrophysical Journal) منتشر شدند.
معمایی ماندگار
امروزه سامانه خورشیدی در یک پردهٔ پراکندهٔ بیش از یک دوجین نازکپراکندگی گاز و غبار محلی که بهعنوان محیط بینستارهای محلی شناخته میشود، حرکت میکند؛ این محیط عمدتاً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده و حدود ۳۰ سال نوری از خورشید گسترش دارد.
ستارهشناسان بر این باورند که این ابرها در طول چندین میلیون سال توسط امواج شوک ناشی از ستارگان منفجر شده در ناحیهٔ اسکورپیوس‑اوفیوکوس، یک خوشهٔ غنی از ستارگان جرمدار در حدود ۳۰۰ سال نوری از زمین، شکل گرفتهاند؛ این امواج گاز بینستارهای را فشردهسازی کردند و به ابرهای نازک محلی که امروز مشاهده میشوند، منجر شد.
مشاهدات از دههٔ ۱۹۹۰، از جمله از تلسکوپ فضایی «Extreme Ultraviolet Explorer» که اکنون توسط ناسا منقرض شده است، نشان داد که این ناحیه بهطور غیرعادی یونیزه شده است. بهویژه، اتمهای هلیوم تقریباً دو برابر نرخ مورد انتظار نسبت به هیدروژن، الکترونهای خود را از دست دادهاند.
این عدم تعادل ستارهشناسان را دچار تعجب کرده است، زیرا یونیزاسیون هلیوم به تابش پرانرژیتری نسبت به هیدروژن نیاز دارد. بنابراین بالا بودن میزان یونیزاسیون هلیوم تنها با تابش خورشید قابل توضیح نیست، چرا که تابش خورشید تا این حد از سامانه خورشیدی گسترش نمییابد.
برای بررسی این معما، شول و همکارانش ویژگیها و خروجی فرابنفش بتا و اپسیلون کانیس ماژوری را با استفاده از دادههای ماهواره Hipparcos سازمان فضایی اروپا محاسبه کردند؛ این ماهواره موقعیت بیش از یک میلیون ستاره را در طول مأموریتی چهار ساله که در سال ۱۹۹۳ به پایان رسید، نقشهبرداری کرده بود.
دانستن فاصله فعلی این دو ستاره — حدود ۴۰۰ سال نوری — و سرعت حرکت آنها، به تیم این امکان را داد تا مسیرهای ستارگان را به عقب زمان بازگردانده و عبور نزدیک آنها به سامانه خورشیدی را تقریباً ۴٫۵ میلیون سال پیش بازسازی کنند.
«مثل یک عرصهٔ رقص»
مدلهای تیم نشان میدهند که ابرهای نازک محلی توسط تابش دو ستاره به شدت یونیزه میشدند — تا سطحی که تا صد برابر قویتر از امروز بود. به مرور زمان، گاز بهتدریج به حالت خنثیتری باز میگشت از طریق فرایندی به نام ترکیب مجدد (recombination)، که در آن الکترونهای آزاد به یونها میپیوندند و اتمها را شکل میدهند.
«مثل یک عرصهٔ رقص است»، شول به Live Science گفت. «پروتونها و الکترونها در اطراف میچرخند؛ گاهی با هم میرقصند و گاهی از یکدیگر جدا میشوند.»
اما این فرآیند زمانبر است و قرارگیری مداوم در معرض تابش سایر منابع، گاز را بهطور جزئی یونیزه نگه میدارد، شول گفت. ستارهشناسان پیشتر منابع دیگر تابش یونیزهکننده را شناسایی کرده بودند، از جمله سه ستارهٔ کوتولهٔ سفید نزدیک — G191‑B2B، Feige 24 و HZ 43A — که بقایای فشردهٔ ستارهای هستند و بهخاطر انتشار نور فرابنفش قوی شناخته میشوند. پژوهشگران همچنین به حباب محلی (Local Bubble) اشاره کردند — ناحیهای وسیع از گاز داغ بهدلیل انفجار ابرنواختر که حدود ۱۰۰۰ سال نوری اطراف سامانه خورشیدی گسترش دارد.
«فوتونهای پرانرژیتر ترجیحاً هلیوم را یونیزه میکنند»، او افزود. «این نکتهٔ اصلی است.»
قطعات به هم میپیوندند
اگرچه ستارهشناسان برای دههها به دادههای قابل اعتماد دربارهٔ حرکت ستارگان دسترسی داشتهاند، شول میگوید مشکل تنها بهتازگی قابل حل شد. پیشرفتهای مشاهدهای در حوزهٔ فرابنفش و پرتو ایکس که توسط پرتابهای موشکی زیرمداری امکانپذیر شد، بههمراه بهبود مدلهای تکامل ستارگان و جوّ ستارهای — و قدرت محاسباتی مورد نیاز برای اجرای آنها — سرانجام اجازه داد تا پژوهشگران ارتباط بین این وقایع را برقرار کنند.
یافتهها همچنین ممکن است پیامدهای نزدیکی برای زمین داشته باشند. ابرهای محلی به محافظت سیاره در برابر ذرات با انرژی بالا که در کهکشان پرسه میزنند و که دانشمندان گمان میکنند میتوانند لایهٔ اوزون زمین را تجزیه کنند، کمک میکنند.
با این حال انتظار نمیرود خورشید برای مدت نامحدودی در این ابرها بماند. همانطور که در کهکشان عبور میکند، پژوهشگران برآورد میکنند که ممکن است در فاصلهای از ۲٬۰۰۰ تا چند دههزار سال، از این منطقهٔ محافظ خارج شود. «پس، ما با دوزی بزرگ از تابش مواجه خواهیم شد»، شول گفت.
در نگاه به آینده، شول میگوید که درک چگونگی تغییر حالت اتمهای موجود در ابرهای نازک محلی بین حالتهای بیشتر باردار و خنثیتر، در حین نوسان تابش زمانی که دو ستاره به سامانه خورشیدی نزدیک میشدند، عبور میکردند و سپس دور میشدند، بخشی از معمای بزرگتری است که پژوهشگران هنوز در حال تکمیل آن هستند. «مسئله بهطور کامل حل نشده است»، شول افزود، «اما فکر میکنم مسیر درستی را در پیش گرفتهایم.»