JWST رکورد جدیدی ثبت کرد، ستاره های تازه شکل گرفته در کهکشان مثلثی را مشاهده کرد

کهکشان راه شیری ما پر از ابرهای مولکولی ستاره ساز غول پیکر است. بر اساس آنچه در اینجا می بینیم، اخترشناسان فرض می کنند که فرآیند ستاره سازی در کهکشان های دیگر نیز به روشی مشابه رخ می دهد. منطقی است زیرا ستاره های آنها باید به نحوی شکل بگیرند. اکنون، به لطف JWST، اخترشناسان اجرام ستاره ای نوزاد را در کهکشانی در فاصله 2.7 میلیون سال نوری از ما مشاهده کرده اند. این میلیون‌ها سال نوری دورتر از رصدهای قبلی ستاره‌های تازه تشکیل شده است.

اهداف مشاهدات JWST “اجرای ستاره ای جوان” (YSOs) در کهکشان مثلثی (M33) هستند. ستاره شناسان از تصویربرداری فروسرخ میانی تلسکوپ (MIRI) برای مطالعه بخشی از یکی از بازوهای مارپیچی M33 در جستجوی YSO استفاده کردند. آنها 793 مورد از این بچه ستاره ها را در ابرهای عظیم گاز و غبار پنهان کردند. این یک کشف مهم است، که نشان می‌دهد فرآیندهای تولد ستاره‌ای که ما به خوبی در کهکشان خود می‌دانیم، همانطور که در کهکشان‌های دیگر انتظار داریم اتفاق می‌افتد.

برای اجرام ستاره ای جوان

برای قرار دادن این کشف در زمینه، اجازه دهید اجرام ستاره‌ای جوان را با جزئیات بیشتری بررسی کنیم. به طور کلی، اینها فقط ستارگانی هستند که در مراحل اولیه تکامل خود قرار دارند. تولد ستارگان زمانی آغاز می شود که مواد موجود در یک ابر مولکولی غول پیکر شروع به “چسبیدن” گرانشی به یکدیگر می کنند. متراکم ترین قسمت توده متراکم تر می شود، دما افزایش می یابد و در نهایت شروع به درخشش می کند. اجرام ستاره‌ای جوان ممکن است پیش ستاره‌هایی باشند که هنوز از ابرهای مولکولی غول‌پیکر خود جرم جمع می‌کنند. آنها هنوز کاملاً ستاره نیستند – یعنی همجوشی را در هسته خود مشتعل نکرده اند. این اتفاق برای حدود نیم میلیارد سال (بسته به جرم بیشتر یا کمتر) رخ نخواهد داد.

این تصویر جدید خیره‌کننده که توسط تلسکوپ فضایی هابل ناسا/ESA گرفته شده است، ستاره‌ای تازه شکل‌گرفته را در ابر آفتاب‌پرست راه شیری نشان می‌دهد. این ستاره جوان جریان‌های باریکی از گاز را از قطب‌های خود به بیرون پرتاب می‌کند - این شی اثیری را به نام HH 909A ایجاد می‌کند. این جریان‌های خروجی سریع با گاز اطراف کندتر برخورد می‌کنند و منطقه را روشن می‌کنند. با شکل گیری ستارگان جدید، آنها با حرص مواد را از فضای اطراف خود جمع آوری می کنند. یک ستاره جوان به ارضای اشتهای عظیم خود ادامه می دهد تا زمانی که به اندازه کافی عظیم شود که واکنش های همجوشی هسته ای را در هسته خود ایجاد کند که ستاره را به شدت روشن کند. قبل از اینکه این اتفاق بیفتد، ستارگان جدید مرحله‌ای را پشت سر می‌گذارند که در آن فوران‌های مواد را با خشونت به فضا پرتاب می‌کنند. این ماده به صورت جت های باریکی به فضا پرتاب می شود که با سرعت سرسام آور صدها کیلومتر در ثانیه به فضا پرتاب می شوند و با گاز و غبار اطراف برخورد می کنند و منطقه را روشن می کنند. مناطق باریک و تکه‌ای سحابی کم‌نور به‌عنوان اجرام هربیگ-هارو شناخته می‌شوند. آنها سازه های بسیار کوتاه مدت هستند. این ساختارها در مناطق ستاره ساز مانند سحابی شکارچی یا ابر مولکولی آفتاب پرست I بسیار رایج هستند. — این تصویر تلسکوپ فضایی هابل یک ستاره تازه شکل گرفته در ابر آفتاب پرست راه شیری را نشان می دهد. این ستاره جوان جریان‌های باریکی از گاز را از قطب‌های خود به بیرون پرتاب می‌کند – این شی اثیری را به نام HH 909A ایجاد می‌کند. این ساختارها در مناطق ستاره ساز مانند سحابی شکارچی یا ابر مولکولی آفتاب پرست I بسیار رایج هستند.

هنگامی که ریزش گاز به هسته ستاره ای تازه متولد شده کامل شد، جسم به یک جرم ستاره ای پیش از توالی اصلی تبدیل می شود. هنوز به طور رسمی ستاره نشده است. این زمانی اتفاق می افتد که همجوشی در داخل ستاره مشتعل می شود. سپس به یک ستاره دنباله اصلی تبدیل می شود. به طور کلی، بسیاری از ابرهای تولد خود را پاک کرده است و مشاهده آن را آسان تر می کند.

کشف ستاره های تازه شکل گرفته

مشاهده ستارگان در مراحل اولیه شکل گیری حتی در کهکشان ما نیز دشوار است. برای یک چیز، ابرهای تولد آنها این ستاره های کودک را پنهان می کنند. این امر تشخیص آنها را در نور مرئی بسیار دشوار می کند. اما هنگامی که آنها به اندازه کافی گرم می شوند تا بدرخشند، تابش مادون قرمز ساطع می کنند. با توجه به ابزار مناسب، ستاره شناسان می توانند به راحتی این نور را تشخیص دهند. نور فروسرخ ابزاری ضروری است که اخترشناسان برای جستجوی مناطقی که ستارگان تازه شروع به شکل‌گیری می‌کنند، استفاده می‌کنند.

با “بزرگ شدن” اجرام ستاره ای جوان اغلب فواره هایی از مواد ساطع می کنند. این جت ها در انتشار رادیویی متمایز هستند که به راحتی قابل تشخیص هستند. این ستارگان نوزاد همچنین موادی را در جریان خروجی مواد به نام جریان های دوقطبی منفجر می کنند. ستاره شناسان با جستجوی شواهدی از هیدروژن مولکولی داغ یا مولکول های گرم مونوکسید کربن – دوباره در فروسرخ – آنها را تشخیص می دهند. به طور معمول، این جریان های دوقطبی از جوان ترین اجرام، کمتر از 10000 سال، سرچشمه می گیرند.

تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا با وضوح بالای مادون قرمز نزدیک به هربیگ-هارو 211، جزئیات دقیقی از خروج یک ستاره جوان تازه شکل گرفته، همتای کودکی خورشید ما را نشان می دهد. اعتبار تصویر: ESA/Webb، NASA، CSA، Tom Ray (دوبلین) — نمایی با وضوح بالا و نزدیک به فروسرخ از Herbig-Haro 211 توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا، جزئیات بدیع خروج یک ستاره جوان تازه شکل‌گرفته را نشان می‌دهد، همتای کودکی خورشید ما. اعتبار تصویر: ESA/Webb، NASA، CSA، Tom Ray (دوبلین)

بسیاری از ستاره های جوان دارای قرص های دور ستاره ای در اطراف خود هستند. آنها بخشی از ابری هستند که ستاره را تشکیل داده اند و به تغذیه مواد در آن ادامه می دهند. در نهایت، این دیسک محل شکل گیری سیاره ها می شود، به همین دلیل است که ستاره شناسان اغلب آنها را “دیسک های پیش سیاره ای” یا “پرنده ها” می نامند. این دیسک ها در نور مرئی و مادون قرمز توسط رصدخانه های مختلف زمینی و فضایی مشاهده می شوند.

تمام این مظاهر تولد ستاره در کهکشان ما، به ویژه در بازوهای مارپیچی وجود دارد، و ستاره شناسان بسیاری از آنها را فهرست کرده اند. یکی از معروف ترین نمونه ها سحابی جبار است. میزبان تعدادی از این ستارگان شیرخوار، با دیسک های پیش سیاره ای، جت ها و جریان های دوقطبی است. یک جرم خاص، به نام YSO 244-440، بخشی از خوشه سحابی شکارچی، گروهی از ستارگان بسیار جوان است. این کودک ستاره ای هنوز در قرص دور ستاره ای که او را به دنیا آورده پنهان است. پیشتر در سال 2023، ستاره شناسان با استفاده از تلسکوپ بسیار بزرگ در شیلی اعلام کردند که جت ساطع شده از این جرم را رصد کرده اند.

اجرام ستاره ای جوان با یک قرص دور ستاره ای که در سحابی شکارچی توسط تلسکوپ فضایی هابل دیده می شود. این ستارگان تازه شکل گرفته ممکن است روزی منظومه های سیاره ای نیز در اطراف خود داشته باشند.

ستاره شناسان همچنین از تلسکوپ فضایی اسپیتزر برای رصد این اجرام در ابر ماژلانی بزرگ، کهکشان اقماری کهکشان راه شیری استفاده کردند. آنها حداقل هزار نامزد YSO را در داده های اسپیتزر مشاهده کردند و به آنها اجازه داد تا روند تولد ستاره ها را در خارج از کهکشان راه شیری ردیابی کنند.

یافتن ستاره های تازه تشکیل شده در کهکشان های دیگر

ستاره شناسان می خواهند فرآیند تشکیل ستاره در دیگر کهکشان ها را درک کنند زیرا هر یک دارای محیط شیمیایی منحصر به فرد و تاریخچه تکاملی هستند. تشکیل ستاره به تکمیل تاریخچه تکامل کهکشان کمک می کند. به همین دلیل بسیار مهم است که به دنبال YSO در کهکشان های دیگر بگردیم.

تا به حال، جستجو برای ستاره های تازه متولد شده در خارج از همسایه کهکشانی ما تقریبا غیرممکن بوده است. شناسایی آنها نیازمند تصویربرداری با وضوح بسیار بالا و قابلیت های تشخیص مادون قرمز است تا بتوان این ستاره های نوزاد را از ابرهای تولدشان متمایز کرد. همانطور که در کهکشان راه شیری اتفاق می افتد، ابر اطراف ستارگان جوان تابش نور مرئی آنها را جذب می کند. همچنین، اگر چندین مورد از آنها را در یک ابر دارید، تشخیص یکی از دیگری در فواصل طولانی غیرممکن است. تلسکوپ‌هایی مانند اسپیتزر، هرشل و رصدخانه‌های زمینی توانایی تشخیص همه YSO‌های فراتر از ابر ماژلانی بزرگ را ندارند.

اینجاست که JWST به کمک می آید. دارای وضوح بالا و حساس به مادون قرمز است که به اخترشناسان اجازه می دهد تا یک منطقه ستاره ساز را مطالعه کنندs در فواصل بیشتر به همین دلیل گروهی از رصدگران از این تلسکوپ برای مشاهده کهکشان مثلثی استفاده کردند. از نظر تعداد ستارگان، فلزی بودن و اندازه آن بسیار شبیه به ابر ماژلانی بزرگ است. با این حال، برخلاف LMC، M33 بازوهای مارپیچی کرکی دارد که محل تولد ستارگان در ابرهای مولکولی غول‌پیکر است. بنابراین یک هدف کامل بود.

این تیم از ابزار MIRI برای مشاهده بخش 5.5 کیلوپارسکی بازوهای مارپیچ جنوبی M33 استفاده کردند. آنها از مشاهدات قبلی HST برای شناسایی مکان‌های احتمالی YSOs در بازو استفاده کردند. سپس JWST را روی این سایت ها متمرکز کردند. نتیجه یک کاتالوگ عظیم از نزدیک به 800 فرد نامزد YSO است که سپس آنها را تجزیه و تحلیل می کنند.

تصویر چهار رنگ که داده های MIRI را از JWST و *HST* داده های حاصل از مطالعه PHATTER. این منطقه M33 را نشان می دهد که نزدیک به 800 YSO در آن قرار دارد. با حسن نیت از Peltonen، و همکاران.

تجزیه و تحلیل YSOs در کهکشان مثلثی

ستاره شناسان پس از مرتب سازی مشاهدات و طبقه بندی آنچه پیدا کردند، به نتایج جالبی در مورد تشکیل ستاره در M33 رسیدند. آن‌ها دریافتند که عظیم‌ترین ابرهای مولکولی غول‌پیکر در آنجا دارای نامزدهای جوان بسیاری برای اجرام ستاره‌ای هستند. اعداد تقریباً مشابه اعدادی هستند که در ابرهای مشابه در کهکشان راه شیری دیده می شوند. به نظر می رسد بازوی مارپیچی که آنها مطالعه کردند دارای مکانیسم بسیار کارآمدی برای تشکیل ستاره است که لزوماً به جرم ابرهای مولکولی غول پیکر در آنجا مرتبط نیست. آنها هنوز در تلاشند تا بفهمند چرا بازوی مارپیچی چنین موتور ستاره‌زایی است.

حتی با JWST، ممکن است اولین مراحل تشکیل ستاره را در این بخش از بازوی مارپیچی کهکشان مثلثی مشاهده نکنیم. همچنین این احتمال وجود دارد که بازوهای مارپیچی M33 (که به عنوان “فلوکولنت” توصیف می شوند) از چندین جهت با بازوهای مارپیچی کهکشان راه شیری (مثلا) متفاوت است. لخته شدن می تواند ناشی از اپیزودهای متعدد تشکیل ستاره باشد که بر ساختار ابرهای گاز و غبار داخل آن تأثیر می گذارد. بازوهای مارپیچی کهکشان ما کاملاً مشخص هستند و مطمئناً کمتر از بازوهای M33 لخته می شوند. این ممکن است به یک تغییر تکاملی اشاره کند که با ادامه فعالیت‌های ستاره‌زایی کهکشان رخ می‌دهد. اخترشناسان همچنین پیشنهاد می‌کنند که ناحیه بین بازوهای مارپیچی که در M33 مورد مطالعه قرار دادند، در مورد تولید ستارگان کارآمد نیست.

از آنجا که این اولین نگاه به شکل‌گیری ستاره در یک کهکشان دور است، ستاره‌شناسان از این مشاهدات برای مدل‌سازی آنچه فکر می‌کنند در M33 اتفاق می‌افتد استفاده خواهند کرد. در نهایت، آن‌ها باید بتوانند از آموخته‌های خود برای تخمین‌های بسیار دقیقی از شکل‌گیری ستاره‌ها در منطقه‌ای که مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، استفاده کنند. در نهایت، آنها باید بتوانند این نرخ تشکیل ستاره را به سلاح های دیگر در M33 تعمیم دهند. این باید بینش بسیار مورد نیاز را در مورد وضعیت تکاملی و تاریخ این کهکشان به آنها بدهد.