«اختروش»‌های اسرارآمیز

دیدارنیوز _ سروش زمانی مقدم: در مقیاس کلان عالم، معمولا کهکشان‌ها و ستارگان، که درخشندگی کهکشان‌ها ناشی از آنهاست، آشناترین اجرامی هستند که ساختارشان مورد بررسی قرار می‌گیرد.

در این بین اجرام بسیار کوچک، فشرده و درخشان دیگری، با گستردگی بعضا "چند ساعت نوری" در طبیعت یافت می‌شوند که نه تنها از فواصل بسیار دور قابل آشکارسازی اند، بلکه به تنهایی درخشندگی معادل یک کهکشان و حتی بیش از آن را دارند!

این اجرام شگفت انگیز که کمتر از هفتاد سال پیش و در طی کاوش‌های رادیویی آسمان کشف شدند، و نامشان برگرفته از عنوان مختصر شده "چشمه رادیویی شبه ستاره‌ای" می‌باشد، "اختروش" یا "کوازار" نام دارند، و عموما به عنوان چراغ‌های راهنمای کیهانشناسان در عمق عالم، پژوهش آن را در زمانی که حدود هفت تا هشت در صد سن فعلی اش را داشت میسر می‌کنند.

در واقع این منابع عظیم انرژی الکترومغناطیسی شامل امواج رادیویی و نور مرئی که ظاهری ستاره گونه دارند، همانطور که پیشتر ذکر شد، به تنهایی تقریبا به اندازه یک کهکشان، از خود تابش گسیل می‌کنند!

بهترست که در ادامه و برای بررسی برخی از شگفتی‌های اختروش ها، ابتدا نکاتی مهم را یادآوری کنیم.

کیهانشناسان عموما فاصله یک کهکشان خاص از موقعیت خودمان در کیهان را با روش اندازه گیری خاصی که همان "تعیین درجه انتقال به سرخ" آنهاست اندازه گیری می‌کنند.

در واقع در تجزیه و تحلیل طیف کهکشان‌ها، الگو‌های رنگی طیف عموما به سمت طول موج‌های بلندتر کشیده می‌شوند که این کشش، "انتقال به سرخ" یا "قرمزگرایی" نام دارد.

به بیانی دقیق تر، با توجه به انبساط فضا، هرچه کهکشانی دورتر از ما باشد، چون نور از سمت کهکشان به سمت ناظر در حرکت است دچار انتقال به سرخ شده و در نتیجه قرمزگرایی یا "انتقال به سرخ" آن نیز بیشتر خواهد بود؛ بنابراین انتقال به سرخ یک کهکشان، معیاری از فاصله‌ دقیق آن نسبت به ما است.

بیشتر بخوانید: نگاهی به نظریه جهان تورمی

امروزه با پیشرفت تکنولوژی‌های سنجش انتقال به سرخ در کیهانشناسی، شناخت ما در درک آنچه که "فراتر از جهان نزدیک" می‌نامیم، عمیق‌تر شده است و برخی از مهمترین فعالیت‌های کیهانشناسی، مشاهداتی مبتنی بر تعیین فاصله اجرام بر اساس انتقال به سرخ آنهاست.

به روشی مشابه اگر بر فرض، فضا دچار انقباض می‌شد آنگاه در مشاهداتمان، انتظار "انتقال به آبی" نور را داشتیم.

از طرفی با توجه به محدودیت سرعت نور، و از آنجایی که این پرتو‌ها برای رسیدن به ما مدت زمانی در راه خواهند بود، تصویری که از عالم برایمان آشکار می‌کنند، بیانگر وضعیت گذشته آن و کهکشان‌های درون آن خواهد بود.

برای مثال پرتو‌های نوری که از کهکشانی با فاصله دو میلیارد سال نوری به ما می‌رسند، تنها گویای وضعیت آن در دو میلیارد سال پیش خواهند بود؛ لذا با بررسی اجرام دوردست می‌توان به درک بهتری از وضعیت عالم در مراحل بسیار اولیه پیدایش آن دست یافت.

مشکل آنجاست که هرچه جرم مورد نظر، دورتر باشد، کم نورتر و در نتیجه آشکارسازی آن سخت‌تر خواهد بود.

در نتیجه تنها وقتی اهمیت اختروش‌های درخشان کیهان که بعضا حتی در قرمزگرایی‌های بالا تا حدود ۵ نیز دیده شده اند، در پژوهش‌های عالم بسیار جوان دوردست مشخص می‌شود که دریابیم که کهکشان‌های معمولی و خوشه‌هایی با قرمزگرایی ۱، تنها مشخص کننده وضعیت عالم در زمانی خواهند بود که عالم تنها حدود %۳۵ سن فعلی اش را داشت.

برای درکی از وقوع رخداد‌های کیهانی و جایگاه اختروش ها، بر حسب گستره عامل قرمزگرایی، لازمست که بدانیم که پس از شروع کیهان، اولین جدایی ماده و تابش که از آن به عنوان دوره جدایی یاد می‌شود، و در نتیجه گذر از دوره تاریکی، زمانی اتفاق افتاد که عالم حدود هزار مرتبه کوچکتر بود.

در این دوران قرمزگرایی برابر ۱۰۰۰ بود و تنها حدود چهارصد هزار سال از تولد کیهان می‌گذشت.

در نتیجه ساختار‌هایی نظیر کهکشان ها، به عنوان "یکای اصلی ماده در کیهانشناسی"، در بازه زمانی اکنون تا قرمزگرایی ۱۰۰۰ شکل گرفته‌اند.

بیشتر بخوانید: درس‌هایی از آسمان شب؛ تناقض‌های عقل سلیم

این در حالیست که در مقیاس زمان کیهانی، عمده ساختار‌های شناخته شده و شاخص در عالم، "اخیرا" یا به بیان دیگر در قرمزگرایی‌های کمتر از ۱۰ شکل گرفته اند. در این بین قرمزگرایی یا انتقال به سرخ ستارگان کهکشان با مقداری کمتر از ۰.۰۰۱ یا ده به توان منفی سه، بسیار جالب توجه بوده و تعیین کننده جایگاه اختروش‌ها به عنوان اجرامی دوردست خواهد بود.

از طرفی لازم به ذکر است که تعداد اختروش‌ها در قرمزگرایی‌های کمتر از ۱.۵ به شدت کاهش می‌یابد و لذا بر مبنای آنچه که فعلا می‌دانیم، عمدتا دوره قرمزگرایی ۳ تا ۱ را، "مرحله اختروشی" عالم می‌نامیم.

اینکه چرا فعالیت‌های اختروشی کیهان، هم در قرمزگرایی‌های بالاتر و هم درقرمزگرایی‌های پایین‌تر از مرحله موسوم به اختروشی به شدت کاهش می‌یابد، یکی از مساله‌های مهم کیهانشناسی است که علیرغم نظریه‌های مختلف درباره آن، همچنان اجماع نظر کلی در این باره وجود ندارد.

با توجه به این توضیحات بهتر می‌توان مشخصات عجیب این منابع رادیویی عظیم را بازشناخت و آنچه که از همان اوایل کشف این اجرام تا به امروز مایه شگفتی کیهانشناسان شده است را درک کرد.

در همان اوایل شروع پژوهش‌های شناسایی اپتیکی آسمان، دو چشمه بسیار قوی رادیویی با نام‌های ۳C۲۷۳ و ۳C۴۸ که در ابتدا با ستارگان رادیویی کهکشان اشتباه گرفته شدند، کشف شد.

خیلی زود میزان قرمزگرایی آن‌ها را به ترتیب برابر با ۰.۱۵۸ و ۰.۳۶۷ تعیین کردند.

در ابتدا با توجه به میزان قرمزگرایی نسبتا بالای این دو جرم در مقایسه با ستارگان کهکشان، فرض بر آن شد که این دو موجود احتمالا ستارگان سریعی هستند که به دلیلی از کهکشان به بیرون پرتاب شده اند!

اما به دلایلی که در ادامه خواهیم دید، علیرغم مدل‌های ارائه شده دیگری که دهه‌ها برای توجیه این قرمزگرایی بالا برای این اجرام در نظر گرفته شد، در نهایت بهترین تفسیری که کیهانشناسان مجبور به پذیرش آن شدند، تفسیری بود که پایه‌های کیهانشناسی بر آن استوار است!

بیشتر بخوانید: در نخستین لحظات تولد جهان چه گذشته است؟

در واقع بر پایه این استدلال که اختروش‌ها در فاصله‌های بسیار دوردست قرار دارند، تنها انبساط عالم بود که می‌توانست توجیه کننده چنین قرمزگرایی بالایی باشد.

این تفسیر بیانگر آن بود که از آنجایی که اختروش‌ها پیرترین اجرام شناخته شده در کیهان هستند، در نتیجه صحبت‌هایی که در ابتدا ذکر شد، تابش‌های آن‌ها مدت زمان بسیار زیادی برای رسیدن به ما در راه بوده اند.

این بدان معنیست که زمان شکل گیری آن‌ها در دوره‌ای بوده است که عالم بسیار جوان‌تر از حال بوده است. در نتیجه قرمزگرایی بالای آن‌ها تنها با انبساط عالم قابل تفسیر است!

اما چه عاملی ما را مجبور به رد فرضیه در نظر گرفتن اختروش‌ها بعنوان ستارگان جدا افتاده از کهکشان کرد؟

در واقع با قرمزگرایی‌های ذکر شده برای دو چشمه تاریخی که نام برده شد، سرعت‌های بسیار بالای نامتعارفی برای آن‌ها بدست می‌آمد که هیچ نمونه مشاهده شده مشابهی برای ستارگان در کیهان نداشت.

بر پایه مشاهداتمان می‌دانیم که ستارگان عموما با سرعت‌هایی حدود چند صد کیلومتر بر ثانیه حرکت می‌کنند.

از طرفی محاسبات نشان می‌داد که قرمزگرایی چشمه ۳C۲۷۳ و جابه جایی طول موج رصد شده آن ایجاب می‌کند که این چشمه، سرعتی در حدود %۱۶ سرعت نور برابر با ۴۸۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه داشته باشد!

چنین نتیجه‌ای به دلیل مشاهده نشدن چنین سرعت بالایی برای هیچ ستاره یا کهکشانی در کیهان، برای کیهانشناسان بسیار قابل تامل بود و لذا فرضیه در نظر گرفته شده برای اختروش‌ها بصورت ستارگان پرتاب شده به بیرون از کهکشان و جدا افتاده از آن، کاملا مردود اعلام شد!

ماجرا از آنجا عجیبتر شد که منطقا، ابعاد چنین دست اجرام درخشانی که بعضا از درخشان‌ترین کهکشان ها، حدود صد برابر درخشان ترند و همچنین از دوردست‌ترین فاصله‌ها هم قابل آشکارسازی هستند، باید بسیار بزرگتر از کهکشان‌ها باشند و این در حالی بود که این بار نیز مشاهدات چیز دیگری را بیان می‌کرد!

همواره می‌توان با بررسی تغییرات زمانی شدت تابش گسیلی از یک منبع، اندازه ناحیه تابش کننده را بصورت زیر تعیین کرد که با توجه به حد بالای سرعت انتشار نور، اگر برفرض تغییرات سریع خروجی نور و امواج رادیویی جرمی، در مقیاس زمانی مشخصه T صورت پذیرد، آنگاه اندازه فیزیکی آن باید در حدود cT باشد که در اینجا c همان سرعت نور است.

مطالعه تغییرات زمانی شدت تابش گسیل شده از بعضی از اختروش ها، بعضا اندازه آن‌ها را حتی در حدود ده هزار بار کوچکتر از یک کهکشان معمولی تعیین می‌کرد و این نشان می‌داد که این موجودات همانطور که در ابتدا ذکر شد، از نواحی بسیار کوچک و فشرده، حتی در حدود تنها ۱ پارسک، گسیل کننده تابش‌های شدید هستند!

در نهایت، اما در عین حال که در طول این سالیان، انواع عجیب اجرام کیهانی در عالم، در فاصله مقیاسی بین کهکشان‌های معمولی تا کوازار‌ها کشف شده اند، همچنان در محافل کیهانشناسان، صحبت بر سر ماهیت وجودی این موجودات داغست.

آنچه که تا به حال از جمیع این مشخصه‌های شگفت انگیز می‌توان برای موجودیت یک کوازار در نظر گرفت آنست که احتمالا انرژی فوق العاده زیاد آن‌ها از سیاهچاله‌ای ابر پرجرم، یا به بیان دقیق‌تر از هاله متراکم شده ماده ابرسیاهچاله یک کهکشان جوان تامین می‌شود که قرصی از مواد گازی آن را احاطه کرده است بصورتی که هنگام حرکت مواد مذکور در این قرص و بلعیده شدنشان توسط سیاهچاله مرکزشان، به شدت داغ می‌شوند و این باعث گسیل شدن تابش شدیدی می‌شود!

در نتیجه این موجودات فعلا در کلاس اجرامی قرار می‌گیرند که با وجود هسته‌های کهکشانی بسیار فعالی که دارند، فعالیت‌های شدیدی در مرکزشان رخ می‌دهد.