کاوش در سحابی کارینا: گهواره و آرامگاه ستارگان (تصاویر)

وقتی منجمان می‌خواهند شاهد مراحل گوناگون تولد و مرگ ستارگان در کهکشان راه شیری باشند، اغلب نگاه خود را به سحابی عظیم کارینا، واقع در قلب صورت فلکی کارینا، معطوف می‌کنند. این سحابی که به دلیل شکل کلیدی ناحیه مرکزی‌اش، اغلب با نام سحابی کلیدگاهی شناخته می‌شود، بر اساس تمام استانداردها، یکی از بزرگ‌ترین سحابی‌های نشری (emission nebula) قابل مشاهده از زمین است و حتی سحابی جبار (Orion) در صورت فلکی شکارچی را نیز تحت‌الشعاع قرار می‌دهد. این ناحیه وسیع از گاز مولکولی، به دلیل قرارگیری در آسمان نیمکره جنوبی، برای رصدگران در نیمکره شمالی چندان شناخته شده نیست. سحابی کارینا در پس‌زمینه کهکشان ما قرار گرفته و تقریبا با نوار نوری که در آسمان امتداد دارد، ادغام می‌شود.

این ابر غول‌پیکر از گاز و غبار، از زمان کشفش، همواره برای ستاره‌شناسان جذاب بوده است. سحابی کارینا، یک مکان منحصربه‌فرد را برای مطالعه فرآیندهایی فراهم می‌کند که در شکل‌گیری، تکامل و در نهایت نابودی ستارگان در کهکشان ما نقش دارند.

سحابی کارینا: گستره‌ای بی‌کران

سحابی کارینا بخشی از بازوی کارینا-کمان کهکشان راه شیری است. کهکشان ما به شکل یک مارپیچ است و مجموعه‌ای از بازوهای مارپیچی حول یک هسته مرکزی قوس می‌زنند. هر مجموعه از بازوها نام خاصی دارد.

فاصله سحابی کارینا از ما بین 6000 تا 10000 سال نوری تخمین زده می‌شود. این سحابی بسیار گسترده است و حدود 230 سال نوری از فضا را در بر می‌گیرد. درون این سحابی، ابرهای تاریکی وجود دارند که ستارگان تازه متولد شده در آن‌ها شکل می‌گیرند، خوشه‌هایی از ستارگان جوان و داغ، ستارگان پیر و در حال مرگ و بقایای ستارگان غول‌پیکری که پیش‌تر به شکل ابرنواختر منفجر شده‌اند نیز در این منطقه دیده می‌شوند. مشهورترین جرم آسمانی در این سحابی، ستاره متغیر آبی درخشان اتا کارینا (Eta Carinae) است.

سحابی کارینا در سال 1752 توسط ستاره‌شناس نیکلاس لوئیس دو لاکای (Nicolas Louis de Lacaille) کشف شد. او برای اولین بار این سحابی را از آفریقای جنوبی رصد کرد. از آن زمان، این سحابی گسترده به طور فشرده توسط تلسکوپ‌های زمینی و فضایی مورد مطالعه قرار گرفته است. مناطق تولد و مرگ ستارگان در این سحابی، اهداف وسوسه‌انگیزی برای تلسکوپ فضایی هابل، تلسکوپ فضایی اسپیتزر، رصدخانه پرتو ایکس چاندرا و بسیاری دیگر بوده‌اند.

تولد ستارگان در سحابی کارینا

فرآیند تولد ستارگان در سحابی کارینا، مسیری مشابه با سایر ابرهای گاز و غبار در سراسر جهان را طی می‌کند. ماده اصلی تشکیل‌دهنده سحابی - گاز هیدروژن - بخش عمده‌ای از ابرهای مولکولی سرد در این منطقه را تشکیل می‌دهد. هیدروژن، اصلی‌ترین عنصر سازنده ستارگان است و منشاء آن به انفجار بزرگ (Big Bang) حدود 13.7 میلیارد سال پیش باز می‌گردد. در سراسر سحابی، ابرهایی از گرد و غبار و سایر گازها مانند اکسیژن و گوگرد نیز وجود دارند.

سحابی کارینا با ابرهای تاریک سردی از گاز و غبار به نام گویچه‌های بوک (Bok globules) پوشیده شده است. این گویچه‌ها به نام دکتر بارت بوک، ستاره‌شناسی که برای اولین بار ماهیت آن‌ها را کشف کرد، نامگذاری شده‌اند. اولین جرقه‌های تولد ستارگان در این گویچه‌ها، پنهان از دید، شکل می‌گیرند. تصویر فوق، سه نمونه از این جزایر گاز و غبار را در قلب سحابی کارینا نشان می‌دهد. فرآیند تولد ستارگان در داخل این ابرها آغاز می‌شود، به این صورت که گرانش، مواد را به سمت مرکز می‌کشد. با تجمع بیشتر گاز و غبار، دما افزایش می‌یابد و یک جرم ستاره‌ای جوان (YSO) متولد می‌شود. پس از ده‌ها هزار سال، پیش‌ستاره (protostar) در مرکز به اندازه‌ای داغ می‌شود که همجوشی هیدروژن در هسته آن آغاز شده و شروع به درخشش می‌کند. تابش ستاره تازه متولد شده به تدریج ابر زایشی را از بین می‌برد و در نهایت آن را به طور کامل نابود می‌کند. نور فرابنفش ستارگان مجاور نیز به شکل‌دهی این پرورشگاه‌های ستاره‌ای کمک می‌کند. این فرآیند، که تفکیک نوری (photodissociation) نامیده می‌شود، یکی از پیامدهای جانبی تولد ستارگان است.

بسته به میزان جرم موجود در ابر، ستارگانی که در داخل آن متولد می‌شوند می‌توانند جرمی برابر با خورشید - یا بسیار بیشتر - داشته باشند. سحابی کارینا دارای بسیاری از ستارگان بسیار پرجرم است که بسیار داغ و درخشان می‌سوزند و عمر کوتاهی در حد چند میلیون سال دارند. ستارگانی مانند خورشید، که بیشتر یک کوتوله زرد است، می‌توانند میلیاردها سال عمر کنند. سحابی کارینا ترکیبی از ستارگان مختلف است که همگی به صورت دسته‌ای متولد شده و در فضا پراکنده شده‌اند.

کوه اسرارآمیز در سحابی کارینا

همزمان با شکل‌دهی ابرهای زایشی گاز و غبار توسط ستارگان، اشکال فوق‌العاده زیبایی پدید می‌آیند. در سحابی کارینا، چندین منطقه وجود دارد که توسط تابش ستارگان مجاور کنده شده‌اند.

یکی از این مناطق، کوه اسرارآمیز (Mystic Mountain) است، ستونی از مواد ستاره‌ساز که بیش از سه سال نوری امتداد دارد. قله‌های مختلف این کوه، حاوی ستارگان تازه‌تشکیل‌شده‌ای هستند که در حال بیرون آمدن از آن هستند، در حالی که ستارگان مجاور، نمای بیرونی آن را شکل می‌دهند. در نوک قله‌ها، فواره‌هایی از مواد دیده می‌شوند که از ستارگان نوزاد پنهان در داخل به بیرون پرتاب می‌شوند. در چند هزار سال آینده، این منطقه به یک خوشه ستاره‌ای باز کوچک از ستارگان جوان و داغ در محدوده‌های بزرگتر سحابی کارینا تبدیل خواهد شد. خوشه‌های ستاره‌ای بسیاری (تجمعی از ستارگان) در این سحابی وجود دارند که به ستاره‌شناسان در درک چگونگی شکل‌گیری ستارگان در کنار یکدیگر در کهکشان کمک می‌کنند.

خوشه‌های ستاره‌ای کارینا

خوشه ستاره‌ای عظیم ترامپلر 14 (Trumpler 14) یکی از بزرگترین خوشه‌ها در سحابی کارینا است. این خوشه، برخی از پرجرم‌ترین و داغ‌ترین ستارگان کهکشان راه شیری را در خود جای داده است. ترامپلر 14 یک خوشه ستاره‌ای باز است که تعداد زیادی ستاره جوان، داغ و درخشان را در منطقه‌ای به وسعت حدود شش سال نوری در خود جای داده است. این خوشه، بخشی از یک گروه بزرگتر از ستارگان جوان داغ به نام انجمن ستاره‌ای کارینا OB1 (Carina OB1) است. یک انجمن OB، مجموعه‌ای بین 10 تا 100 ستاره جوان، داغ و پرجرم است که پس از تولدشان هنوز به صورت خوشه‌ای در کنار یکدیگر قرار دارند.

انجمن کارینا OB1 شامل هفت خوشه ستاره‌ای است که همگی تقریباً همزمان متولد شده‌اند. این انجمن همچنین دارای یک ستاره عظیم و بسیار داغ به نام HD 93129Aa است. ستاره‌شناسان تخمین می‌زنند که این ستاره 2.5 میلیون برابر درخشان‌تر از خورشید است و یکی از جوان‌ترین ستارگان داغ و پرجرم در این خوشه است. خود ترامپلر 14 تنها حدود نیم میلیون سال قدمت دارد. در مقابل، خوشه ستاره‌ای پروین (Pleiades) در صورت فلکی ثور حدود 115 میلیون سال قدمت دارد. ستارگان جوان در خوشه ترامپلر 14 بادهای بسیار شدیدی را از طریق سحابی به بیرون می‌فرستند که به شکل‌دهی ابرهای گاز و غبار نیز کمک می‌کند.

با پیر شدن ستارگان ترامپلر 14، آن‌ها سوخت هسته‌ای خود را با سرعتی سرسام‌آور مصرف می‌کنند. هنگامی که هیدروژن آن‌ها تمام شود، شروع به مصرف هلیوم در هسته‌های خود می‌کنند. در نهایت، سوخت آن‌ها تمام می‌شود و روی خودشان فرو می‌ریزند. در نهایت، این هیولاهای ستاره‌ای عظیم‌الجثه در فوران‌های فاجعه‌بار عظیمی به نام "انفجارهای ابرنواختری" منفجر می‌شوند. امواج ضربه‌ای ناشی از این انفجارها، عناصر خود را به فضا می‌فرستند. این مواد، نسل‌های بعدی ستارگان را که در سحابی کارینا شکل خواهند گرفت، غنی می‌کنند.

جالب اینجاست که با وجود اینکه بسیاری از ستارگان در خوشه باز ترامپلر 14 شکل گرفته‌اند، هنوز چند ابر گاز و غبار باقی مانده است. یکی از آن‌ها، گویچه سیاه در مرکز سمت چپ است. این گویچه ممکن است در حال پرورش چند ستاره دیگر باشد که در نهایت زایشگاه خود را از بین می‌برند و در چند صد هزار سال آینده می‌درخشند.

مرگ ستارگان در سحابی کارینا

نه چندان دور از ترامپلر 14، خوشه ستاره‌ای عظیم دیگری به نام ترامپلر 16 (Trumpler 16) قرار دارد که آن نیز بخشی از انجمن کارینا OB1 است. این خوشه باز نیز مانند همسایه خود، مملو از ستارگانی است که سریع زندگی می‌کنند و جوان می‌میرند. یکی از این ستارگان، متغیر آبی درخشان اتا کارینا (Eta Carinae) است.

این ستاره پرجرم (یکی از یک جفت دوتایی) در حال گذراندن تحولاتی است که مقدمه‌ای برای مرگ آن در یک انفجار ابرنواختری عظیم به نام ابرنواختر بسیار پرانرژی (hypernova) در حدود 100000 سال آینده است. در دهه 1840، درخشندگی این ستاره به حدی افزایش یافت که به دومین ستاره درخشان آسمان تبدیل شد. سپس، درخشندگی آن برای نزدیک به صد سال کاهش یافت و در دهه 1940 به تدریج شروع به افزایش کرد. حتی اکنون نیز، اتا کارینا یک ستاره قدرتمند است و 5 میلیون برابر بیشتر از خورشید انرژی ساطع می‌کند، در حالی که برای نابودی نهایی خود آماده می‌شود.

ستاره دوم این جفت دوتایی نیز بسیار پرجرم است - حدود 30 برابر جرم خورشید - اما توسط ابری از گاز و غبار که توسط ستاره اصلی پرتاب شده، پنهان شده است. این ابر به دلیل شباهت تقریبی آن به یک انسان کوچک (homunculus)، "هومونکولوس" (Homunculus) نامیده می‌شود. ظاهر نامنظم آن تا حدی مرموز است؛ هیچ‌کس مطمئن نیست که چرا ابر انفجاری اطراف اتا کارینا و همدم آن دارای دو لوب است و در وسط چروکیده به نظر می‌رسد.

هنگامی که اتا کارینا منفجر شود، به درخشان‌ترین جسم در آسمان تبدیل خواهد شد. در طی چند هفته، به تدریج کم نور می‌شود. بقایای ستاره اصلی (یا هر دو ستاره، اگر هر دو منفجر شوند) به صورت امواج ضربه‌ای از طریق سحابی به بیرون پرتاب می‌شوند. در نهایت، این مواد به مصالح ساختمانی برای نسل‌های جدید ستارگان در آینده دور تبدیل خواهند شد.

چگونه سحابی کارینا را رصد کنیم؟

آسمان‌نگرانی که به مناطق جنوبی نیمکره شمالی و سراسر نیمکره جنوبی سفر می‌کنند، می‌توانند به راحتی سحابی کارینا را در قلب صورت فلکی کارینا پیدا کنند. این سحابی در نزدیکی صورت فلکی چلیپا (Crux) یا صلیب جنوبی قرار دارد. سحابی کارینا با چشم غیر مسلح نیز قابل مشاهده است و با استفاده از دوربین دوچشمی یا تلسکوپ‌های کوچک، حتی بهتر دیده می‌شود. رصدگران با تلسکوپ‌های بزرگ می‌توانند زمان زیادی را صرف بررسی خوشه‌های ترامپلر، هومونکولوس، اتا کارینا و منطقه کلیدگاهی در قلب سحابی کنند. بهترین زمان برای مشاهده سحابی کارینا در طول فصل تابستان و اوایل پاییز در نیمکره جنوبی (زمستان و اوایل بهار در نیمکره شمالی) است.

کاوش در چرخه زندگی ستارگان

سحابی کارینا، برای رصدگران آماتور و حرفه‌ای، فرصتی را فراهم می‌کند تا مناطقی مشابه با منطقه‌ای که خورشید و سیارات ما میلیاردها سال پیش در آن متولد شدند را مشاهده کنند. مطالعه مناطق ستاره‌زایی در این سحابی، بینش بیشتری در مورد فرآیند تولد ستارگان و نحوه خوشه‌بندی ستارگان پس از تولد به ستاره‌شناسان می‌دهد.

در آینده دور، رصدگران شاهد انفجار و مرگ یک ستاره در قلب این سحابی خواهند بود و بدین ترتیب، چرخه زندگی ستاره‌ای کامل خواهد شد.