یافته‌های جدید از تولد ستارگان در کهکشان راه شیری

تجزیه و تحلیل پرانرژی ترین نور در کهکشان راه شیری نشان می دهد که ممکن است در مورد سرعت تشکیل ستاره در کهکشان راه شیری اشتباه کرده باشیم.

پرتوهای گامای تولید شده در اثر واپاشی رادیواکتیو ایزوتوپ ها که در طی شکل گیری ستاره ها تولید شده، نشان می دهد ستاره ها با سرعت چهار تا هشت برابر جرم خورشید در سال تشکیل می شوند. این رقم دو تا چهار برابر تخمین‌های فعلی است و نشان می‌دهد کهکشان ما آن گونه که فکر می‌کردیم ساکن و غیرفعال نیست.

پرتوهای گاما حاصل از آلومینیوم-۲۶ که یک ایزوتوپ رادیواکتیو است که عمدتاً از ستارگان پرجرم نشات می‌گیرد، نشان می‌دهد کهکشان راه شیری سالانه به اندازه چهار تا هشت جرم خورشیدی گاز و غبار بین‌ستاره‌ای را به ستارگان جدید تبدیل می‌کند. این میزان دو تا چهار برابر برآوردهای متعارف است و به اندازه ۱۰ تا ۲۰ ستاره در سال است؛ زیرا بیشتر ستارگان جرم کمتری از خورشید دارند.

این کشف نتایج مهمی برای درک ما از تکامل کهکشان راه شیری و پیرامون آن دارد، زیرا سرعت تولد و مرگ ستاره‌ها می‌تواند ترکیب شیمیایی کلی کهکشان را تغییر دهد.

کهکشان راه شیری با این سرعت، هر یک میلیون سال که از نظر نجومی یک چشم برهم زدن است، حدود ۱۰ تا ۲۰ میلیون ستاره جدید تولید می کند. این تعداد برای پر کردن تقریباً ۱۰ هزار خوشه ستاره ای مانند خوشه پروین در صورت فلکی ثور کافی است. در مقابل، بسیاری از کهکشان‌ها، از جمله بیشتر کهکشان‌هایی که به دور راه شیری می‌چرخند، اصلاً ستاره جدیدی نمی‌سازند.

توماس سیگرت، اخترفیزیکدان دانشگاه وورزبورگ آلمان می گوید: سرعت تشکیل ستارگان برای شناخت تکامل کهکشان بسیار مهم است. هر چه کهکشان ستاره های بیشتری بسازد، سریعتر خود را با اکسیژن، آهن و سایر عناصری که ستاره ها ایجاد می کنند، غنی می سازند. این عناصر ابرهای گازی ستاره ساز را تغییر می دهند و می توانند تعداد نسبی ستاره های بزرگ و کوچکی را که ابرهای گازی تشکیل می دهند، تغییر دهند.

سیگرت و همکارانش شدت و توزیع فضایی انتشار آلومینیوم-۲۶ را در کهکشان راه شیری مطالعه کردند. یک ستاره پرجرم این ایزوتوپ را در زمان حیات و مرگ خود تولید می کند. این ستاره در طول عمر خود، آلومینیوم را از طریق باد شدید به درون فضا می فرستد. این ایزوتوپ با نیمه عمر ۷۰۰ هزار سال تجزیه می شود و پرتوهای گاما تولید می کند.

پرتوهای گاما مانند اشعه ایکس و بر خلاف نور مریی، در غباری که جوانترین ستاره ها را می پوشاند، نفوذ می کند.

یکی از عناصر حاصل از مرگ ستارگان، ایزوتوپ رادیواکتیو آلومینیوم به نام آلومینیوم-۲۶ است. آلومینیوم-۲۶ عمر زیادی ندارد و نیمه عمر آن ۷۱۷ هزار سال است و با فروپاشی، پرتوهای گاما در طول موج خاصی تولید می کند.

اما آلومینیوم ۲۶ در مقادیر قابل توجهی در ابرهای موادی که ستاره های تازه تشکیل شده را احاطه کرده اند، یافت می شود. اگر سرعت ورود مواد به ستاره از سرعت صوت فراتر رود، یک موج ضربه ای شکل می گیرد و پرتوهای کیهانی تولید می شود. هنگامی که پرتوها با ایزوتوپ‌های موجود در غبار مانند آلومینیوم-۲۷ و سیلیکون-۲۸ تصادم می‌کنند، می‌توانند ایزوتوپ آلومینیوم-۲۶ را تولید کنند.

اخترشناسان با نگاه کردن به میزان تابش گاما در کیهان که در اثر واپاشی رادیواکتیو آلومینیوم-۲۶ تولید می شود، می توانند سرعت تشکیل ایزوتوپ و مرگ ستارگانی را که در کهکشان راه شیری تولید می شوند، تخمین بزنند و از آن برای تعیین سرعت تولد ستاره استفاده کنند.

هر چه تعداد ستاره های کهکشان راه شیری بیشتر باشد، پرتوهای گامای بیشتری ایجاد می شود. محققان، میزان تشکیل ستاره را به اندازه جرم چهار تا هشت خورشید در سال می دانند که بسیار بیشتر از برآوردهای استاندارد حدود ۲ جرم خورشید در سال است.

پاول کروپا، اخترشناس دانشگاه بن آلمان که در این مطالعه مشارکت نداشته است، می‌گوید این رقم جدید بسیار واقعی است. من تحت تأثیر مدل‌سازی دقیق فرایند تشکیل ستاره‌ها شدم. این کار بسیار زیبایی است و یک گام بزرگ در جهت کاملاً صحیح است.

در هر صورت، کهکشان راه شیری قوی ترین خالق ستاره در مجموعه ای از بیش از ۱۰۰ کهکشان نزدیک موسوم به خوشه کهکشانی محلی است. آندرومدا بزرگترین کهکشان این خوشه، تنها کسری از جرم خورشیدی گاز و غبار را در سال به ستاره های جدید تبدیل می کند. در میان کهکشان‌های خوشه کهکشانی محلی، راه شیری از نظر بزرگی در رتبه دوم قرار دارد، اما سرعت تشکیل ستاره‌های بالای آن به این معنی است که قطعاً تلاش بیشتری انجام می دهد.

روش این تیم نویدبخش درک بهتر چگونگی تشکیل ستارگان جدید راه شیری است. تشکیل ستارگان معمولاً در غبار و گاز غلیظ پوشانده شده و تماشای آنها دشوار است. شمارش تشعشعات گامایی که تولید می‌کند، می‌تواند یکی از راه‌های موثر برای تماشای پشت پرده این پدیده باشد.

مقاله ای از این مطالعه به سرپرستی توماس سیگرت اخترفیزیکدان دانشگاه وورتسبورگ در آلمان، برای انتشار در نشریه اخترشناسی و اخترفیزیک پذیرفته شده و در سرور پیش چاپ arXiv موجود است.