گروهی از اخترشناسان دانشگاه کاردیف بریتانیا موفق شدهاند بزرگترین اطلس ابرهای مولکولی کهکشان آندرومدا را تهیه کنند.
این پژوهش که بر پایه دادههای رادیویی انجام شده، نشان میدهد صدها ابر عظیم گاز و غبار در نزدیکترین همسایه کهکشانی ما وجود دارد که بسیاری از آنها از نظر گرانشی پایدارند و میتوانند میزبان تولد نسلهای آینده ستارگان باشند. این اطلس، تصویری دقیقتر از سازوکار شکلگیری ستارهها در محیطی متفاوت از کهکشان راه شیری ارائه میدهد.
چرا مهم است؟
ستارهها از دل ابرهای مولکولی متولد میشوند؛ ساختارهای سرد و چگالی که از گاز و غبار میانستارهای شکل گرفتهاند و نقش بنیادی در تکامل کهکشانها دارند. درک ویژگیهای این ابرها—جرم، اندازه، پایداری و رفتار دینامیکی—به اخترشناسان کمک میکند بفهمند چرا نرخ و الگوی ستارهزایی در کهکشانهای مختلف متفاوت است.
آندرومدا (M31)، بهعنوان نزدیکترین کهکشان بزرگ به راه شیری، یک آزمایشگاه طبیعی ایدهآل است: آنقدر نزدیک که بتوان ساختارهای درونش را با جزئیات بررسی کرد و آنقدر متفاوت که مقایسهاش با کهکشان ما معنادار باشد.
چه اتفاقی افتاده است؟
تیمی به سرپرستی جایرو ولادیمیر آرمِیوس-آبِندانيو با استفاده از دادههای آرایه رادیویی CARMA، سامانهای از ابرهای مولکولی در آندرومدا را شناسایی و دستهبندی کردهاند. آنها از روشی آماری به نام دندروگرام استفاده کردند؛ روشی که به اخترشناسان اجازه میدهد ساختارهای تودرتو را در فضای «مکان–مکان–سرعت» تفکیک کنند.
هدف اصلی پژوهش، ساختن بزرگترین نمونه آماری ابرهای مولکولی آندرومدا تا امروز بوده است—هدفـی که اکنون به آن دست یافتهاند.
جزئیات کلیدی یافتهها
- پژوهشگران موفق شدند ۴۵۳ ابر مولکولی را در آندرومدا شناسایی کنند؛ بزرگترین کاتالوگ ثبتشده از این کهکشان تاکنون.
- افزون بر این، ۳۵ منبع با چند مؤلفه سرعتی شناسایی شد که بهعنوان «مجتمعهای ابری» در نظر گرفته میشوند.
- شعاع میانگین این ابرها حدود ۷۲ سال نوری و جرم میانگین آنها نزدیک به ۱۵۸ هزار برابر جرم خورشید است.
- پراکندگی سرعت درون ابرها حدود ۲.۸ کیلومتر بر ثانیه اندازهگیری شده؛ مقداری که نشاندهنده دینامیک نسبتاً آرام این ساختارهاست.
- تحلیل پارامترهای ویرال نشان میدهد حدود ۶۶ درصد از این ابرها از نظر گرانشی بسته و پایدار هستند—یعنی پتانسیل واقعی برای ادامه فرایند ستارهزایی دارند.
آندرومدا در برابر راه شیری
CARMA چیست و چرا برای نقشهبرداری از ابرهای مولکولی ابزار مهمی است؟
۱) CARMA یعنی چه؟
CARMA مخفف عبارت Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy است؛ یعنی «آرایه ترکیبی برای پژوهش در نجوم موجهای میلیمتری». CARMA در عمل یک آرایه از چندین آنتن رادیویی بود که بهصورت هماهنگ کار میکردند تا از اجرام آسمانی در طولموجهای میلیمتری تصویربرداری و طیفسنجی کنند. این طولموجها دقیقاً همان ناحیهای است که برای دیدن گاز سرد و غبار—مواد خام ستارهسازی—بسیار مناسب است.
۲) CARMA چگونه کار میکند؟ (اصل «تداخلسنجی»)
یک آنتن رادیوییِ تنها، بهخاطر اندازه محدودش، وضوح زاویهای محدودی دارد. CARMA این محدودیت را با روش تداخلسنجی (Interferometry) دور میزند: چند آنتن، یک منبع آسمانی را همزمان مشاهده میکنند و دادههای آنها با هم ترکیب میشود. نتیجه این است که آرایه مانند یک «تلسکوپ مجازی» عمل میکند که اندازهاش تقریباً برابر فاصله بین دورترین آنتنهاست (به آن baseline میگویند).
این کار دو مزیت مهم دارد: ۱) جزئیات ریزتر دیده میشود (وضوح بالاتر)، ۲) میتوان ساختارهای گسترده را با دقت بیشتری از هم تفکیک کرد—مثل مرزبندی ابرهای مولکولی در یک کهکشان.
۳) چرا طولموج میلیمتری برای ابرهای مولکولی مناسب است؟
ابرهای مولکولی عمدتاً از هیدروژن مولکولی ساخته شدهاند که در بسیاری شرایط بهطور مستقیم بهراحتی دیده نمیشود. اخترشناسان به جای آن، سراغ «ردیابها» میروند؛ یعنی مولکولهایی که در همین محیطها حضور دارند و در طولموج میلیمتری تابش میکنند. یکی از مهمترین این ردیابها کربن مونوکسید (CO) است. رصد خطوط طیفی CO به پژوهشگران کمک میکند: جرم تقریبی گاز، چگالی، و سرعت/جنبش گاز را برآورد کنند.
۴) چرا CARMA برای ساخت «اطلس ابرها» در آندرومدا مفید است؟
برای تهیه اطلس ابرهای مولکولی در یک کهکشان نزدیک مثل آندرومدا، پژوهشگران باید همزمان به دو چیز دسترسی داشته باشند: تفکیکپذیری کافی (تا ابرها با هم قاطی نشوند) و حساسیت کافی (تا ابرهای کمنور هم دیده شوند). CARMA به دلیل ماهیت آرایهای و توان تصویربرداری/طیفسنجی در موج میلیمتری، برای این کار مناسب است.
علاوه بر این، CARMA دادهها را بهصورت «مکان–مکان–سرعت» ثبت میکند؛ یعنی از یک منطقه آسمان فقط عکس نمیدهد، بلکه اطلاعات سرعت گاز را هم از طریق جابهجایی داپلری خطوط طیفی استخراج میکند. همین ویژگی به اخترشناسان اجازه میدهد ابرهای همپوشان در تصویر را بر اساس سرعتشان از هم جدا کنند و کاتالوگ دقیقتری از ابرها و مجتمعهای ابری بسازند.
نکته: در گزارشهای پژوهشیِ اطلسهای ابرهای مولکولی معمولاً از دادههای میلیمتری/زیرمیلیمتری و روشهای تداخلسنجی برای تفکیک ساختارهای گازی و اندازهگیری سرعت استفاده میشود؛ CARMA یکی از ابزارهای شناختهشده در این حوزه بوده است.
یکی از بخشهای مهم این پژوهش، مقایسه ابرهای مولکولی آندرومدا با نمونههای مشابه در کهکشان راه شیری است. نتیجه این مقایسه ساده نیست:
در راه شیری، معمولاً رابطه مشخصی میان اندازه و جرم ابرهای مولکولی دیده میشود. اما در آندرومدا، این رابطه کمشیبتر است؛ به بیان دیگر، افزایش اندازه ابرها به همان نسبت افزایش جرم را بهدنبال ندارد.
این تفاوت میتواند نشانهای از شرایط محیطی متفاوت باشد—از جمله توزیع جرم کهکشان، ساختار بازوهای مارپیچی، یا تاریخچه تعاملهای گرانشی آندرومدا با کهکشانهای کوچکتر اطرافش.
تصویر بزرگتر
این اطلس تنها یک فهرست نیست؛ بلکه یک زیرساخت دادهای برای پژوهشهای آینده است. با چنین نمونه بزرگی، اخترشناسان میتوانند:
الگوهای ستارهزایی را در بخشهای مختلف آندرومدا بررسی کنند؛ نقش محیط کهکشانی را در پایداری یا فروپاشی ابرهای مولکولی بسنجند و مدلهای نظری شکلگیری ستاره را در کهکشانی غیر از راه شیری بیازمایند.
از این منظر، آندرومدا میتواند نقش معیاری برای آزمون تعمیمپذیری نظریههای اخترفیزیکی در نظر گرفته شود.
گام بعدی چیست؟
پژوهشگران میگویند گام بعدی، پیوند دادن این اطلس با دادههای مربوط به نرخ ستارهزایی و ترکیب شیمیایی مناطق مختلف کهکشان است. همچنین، مقایسه این نتایج با دادههای تلسکوپهای جدیدتر—از جمله آرایههای میلیمتری پیشرفته—میتواند تصویر دقیقتری از چرخه گاز تا ستاره در آندرومدا ارائه دهد.
این مطالعه نشان میدهد که حتی در نزدیکترین همسایه کهکشانی ما، قواعد ستارهزایی دقیقاً مشابه راه شیری نیست. تفاوتهای ظریف در ساختار ابرهای مولکولی میتواند به تفاوتهای عمیقتر در سرنوشت کهکشانها منجر شود. اطلس تازه آندرومدا، گامی مهم در فهم این تفاوتهاست—نه با یک کشف ناگهانی، بلکه با گردآوری منظم دادههایی که پایه تحلیلهای آینده را میسازند.
) — DOI: 10.48550/arxiv.2512.22698
