سحابي هاي سياره نما چگونه شکل مي گيرند؟
نويسنده : ديويد آيشر
ترجمه: شادي حامدي آزاد
ترجمه: شادي حامدي آزاد
طي دهه ي گذشته، اخترشناسان شکل هاي گوناگون سحابي هاي سياره نما را رمزگشايي کرده اند. حال مي دانيم که چرا اين تابوت هاي کيهاني به چنين شکل هاي عجيبي ديده مي شوند.
سحابي هاي سياره نما آخرين نفس نفس زدن هاي ستاره هاي در حال مرگ اند. اين ابرهاي گاز يونيزه شده به رنگ هاي زيبا و شب تابي مي درخشند و نورشان را از خاکستر نيم سوز اجساد ستاره هاي درون شان مي گيرند.سحابي هاي سياره نما منجمان آماتور را افسون مي کنند، زيرا بيشترشان درخشان اند با تلسکوپ هاي کوچک هم به راحتي ديده مي شوند-حتي از مناطقي با آلودگي نوري متوسط، طول عمر کوتاه آنها-که نسبت به عمر ميليارد ساله ي ستاره ها فقط حدود 50 هزار سال است-نگاهي سريع به تحولات ستاره اي را ممکن مي سازد.آنها آخر داستان زندگي خورشيد ما را بازگو مي کنند.
تقريباً همه ي ستاره ها روزي سحابي سياره نما مي شوند.و اخترشناسان همين تازگي هاست که جزييات چگونگي تشکيل و تحول اين اجرام را دريافته اند.
فهرست نويسي سحابي هاي سياره نما، دست کم درون راه شيري، تقريباً انجام شده است.اخترشناسان اکنون بيش از 3000 سحابي سياره نما درون کهکشان خودمان مي شناسند که 500 تاي آنها به اندازه ي کافي درخشان اند که بتوان با تلسکوپ هاي آماتوري آنها را رصد وعکاسي کرد.(افزون بر اين، چند سحابي سياره نما نيز در کهکشان هاي نزديک فهرست نويسي شده اند)طي 20 سال گذشته، گروهي از اخترشناسان بر تحقيق درباره ي سحابي هاي سياره نما متمرکز بوده اند. بروس بليک از دانشگاه واشينگتن، آدام فرانک از دانشگاه روچستر، ماريوليويو از موسسه ي علوم تلسکوپ فضايي، و برخي ديگر به بررسي فرايندهاي شکل گيري سحابي هاي سياره نما پرداخته اند.
به طور خلاصه، سحابي سياره نما زماني شکل مي گيرد که ستاره اي هم جرم خورشيد سوخت هسته اي خود را به پايان برساند و وارد مرحله ي پيري بشود.پس از اين که ترتيب عادي رويدادها چنين ستاره اي را به غول سرخ تبديل کرد، هسته اش تبديل به توده اي کربني به اندازه ي زمين مي شود.در اين هسته هم جوشي به صورت نامنظم آغاز مي شود و ستاره شروع به پرتاب پوسته ها يا فوران هاي گازي به فضاي اطراف خود مي کند.
پوسته هاي گازي با سرعت بسيار در فضاي اطراف گسترده مي شوند و با درخشش به سبب يونيزاسيون و نفوذ به ميان ماده ي ميان ستاره اي، نمايشي زيبا اجرا مي کنند و تعداد بسياري شکل ها و الگوهاي پيچيده و زيبا را مي آفرينند. چگونه مي توانيم به روشي منسجم و سازمان يافته سر از راز اين اشکال در آوريم؟
اين نام در قرن هجدهم و زماني پديدار شد که بسياري از رصدگران، که اتفاقي با اين اجرام برخورد مي کردند، بر اين عقيده بودند که ساختارهاي قرص-مانند آنها، که برخي شان هم به رنگ غليظ سبز-آبي ديده مي شدند، بسيار شبيه سياراتي است که در تلسکوپ هاي خود مي ديدند.شکارچي فرانسوي معروف دنباله دارها، شارل مسيه، نخستين سحابي سياره نما را در سال 1764 ميلادي رصد و وارد فهرست کرد.اين جرم سحابي دمبل در صورت فلکي روباهک بود که در فهرست معروف اجرام مسيه شماره 27 را گرفت. مسيه اين فهرست را از اجرامي تهيه کرد که به نظر او ممکن بود در حين جستجوي دنباله دارها با آنها اشتباه گرفته شوند.
سحابي هاي سياره نماي بعدي هم به مرور کشف شدند، هرچند که سرعت اين اکتشافات نسبت به ديگر اجرام ژرف آسمان کمتر بود؛ بيشتر به اين سبب که سحابي هاي سياره نما اغلب نسبت به خوشه هاي ستاره اي، سحابي هاي نشري و بازتابي، و کهکشان ها کوچک ترند.ويليام هرشمل در يافتن سحابي هاي سياره نما موفق ترين رصدگر بود، حتي با اين که نمي دانست آنها چيستند و اين نام را براي سحابي هاي گرد و کوچکي به کار برد که او را به ياد اورانوس مي انداختند.
در قرن بيستم، با ظهور اخترفيزيک نوين، مطالعه ي سحابي هاي سياره نما نيز به جلو «پرتاب»شد.البته در سال 1918 ميلادي، کمتر از 100 سحابي سياره نما شناخته شده بود و اخترشناسان هنوز ماهيت کهکشان ها را نمي شناختند.تعداد کمي از اخترشناسان حرفه اي متخصص بررسي سحابي هاي سياره نما بودند و بنابراين تا همين اواخر فهرستي کلي از اين اجرام وجود نداشت و سحابي هاي سياره نما در ميان فهرست هاي گوناگون پراکنده بودند.
در سال 1967/1346، اين کمبود برطرف شد و اين زماني بود که اخترشناسان به نام هاي لوبس پرک و لوبس کوهوتک (که دنباله دار مشهور کوهوتک به نام اوست)فهرست مشترک شان از اين اجرام به نام «فهرست سحابي هاي سياره نماي کهکشاني»را منتشر کردند که شامل 1036 سحابي است.اين کار نخستين گام در مطالعات نوين سحابي ها ي سياره نما بود و اين فهرست مرجع استاندارد سحابي هاي سياره نما باقي ماند که اغلب به اختصار به آن فهرست «P&K» مي گويند.
معما اين بود که سحاي هاي سياره نما، آن طور که آن ها را مي بينيم، ظاهراً شکل ها، اندازه ها، و روشنايي هاي بسيار متنوعي دارند که باعث مي شود رسيدن به داستاني منطقي براساس ماهيت فيزيکي آنها کاري دشوار باشد.
فرايند کشف مشابهي نيز در جريان بود که اکنون تقريباً حل شده است.در مسيري موازي، شکل هاي به ظاهر بسيار متفاوت کهکشان هاي فعال نيز که به نظر مي رسيد ميزبان سياه چاله اي هستند-بررسي مي شدند.
بليک و همکارانش اعلام کردند که، برخلاف تنوع بي شماري که مي بينيم فقط سه نوع سحابي سياره نما وجود دارند.گرد، بيضوي، و پروانه شکل.درون هرکدام از اين طبقه ها نيز درجاتي وجود دارند که مبناي آنها سنّ سحابي است؛ بنابراين سحابي هاي جوان، ميان سال و پير ظاهري متفاوت از يکديگر دارند.در کنار اين ماتريس 9 حالته، همه ي ديگر شکل ها به اين سبب ديده مي شوند که زواياي قرار گيري سحابي ها نسبت به امتداد ديد ما با هم متفاوت اند.
در همين چند سال گذشته که اين راه حل مطرح شده تصوير سحابي هاي سياره نما و معاني آنها روشن شده است اکنون اخترشناسان مي بينند که برخي ستاره هاي خورشيد مانند مي ميرند و مواد را به صورت کره هاي گردي به بيرون پرتاب مي کنند که هاله هايي از گاز درخشان را با حلقه هايي درخشان تر در درون شان شکل مي دهند.برخي ديگر پوسته اي از گاز را به بيرون مي دمند و سپس درخش هليومي رخ مي دهد (درخش هليومي فوراني در ستاره ي پير در پايان دوره ي هيدورژن سازي و آغاز همجوشي هليوم در هسته است)؛ و اين آخرين نفس نفس زد ن هاي مرد ن ستاره اي است که فوراني کشيده از گاز و غبار در فضا خلق مي کند.اين فوران با سرعتي بسيار به ميان هاله ي قديمي تر و کندتر پرتاب مي شود.همچنان ديگر سحابي ها نيز فشرده مي شوند؛ اين فشرده شد ن به سبب قرصي است که درونشان وجود دارد، يا نيروهاي کشندي که گازهاي پرسرعت را همچون آب پاشي کيهاني متمرکز مي کنند، يا نيروهاي مغناطيسي که سحابي سياره نما را به شکل پروانه اي بسيار کشيده تبديل مي کند.
سحابي دمبل کوچک (M76)در صورت فکلي بر ساوش را امتحان کنيد که جرمي با دو لب و ميله اي درخشان و حلقه هاي سحابي مانند کم نورتر بيروني است؛ اين حلقه ها همان نخستين پوسته ي مواد فوران شده از ستاره اند.مي توانيد برخي سحابي هاي سياره نماي کوچک و درخشان، مانند 1535 NGC در صورت فلکي نهر، را نيز رصد کنيد.در اين سحابي ستاره ي ابتدايي را به همراه قرصي لکه لکه و درخشان با شبکه اي از حلقه هاي نامنظم –که درون هاله اي بزرگ تر و کم نورتر قرار دارد-مي بينيد.وقتي اين جزييات را مي بينيد به ياد داشته باشيد که در حال تماشاي تصاد م ميان دومين فوران ماده از ستاره و گاز کم سوتر نخستين فوران هستيد.
سحابي اسکيمو (2392 NGC)در صورت فلکي جوزا نيز ستاره ي مرکزي درخشاني دارد که با تلسکوپ هاي آماتوري ديده مي شود.اطراف اين ستاره را دو پوسته ي گازي تابان-پوسته ي دروني درخشان تر و پوسته ي بيروني کم نورتر فرا گرفته اند.از جمله سحابي هاي کلاسيک حلقه شکل مي توان به 2438 NGC در صورت فلکي کشتي د م اشاره کرد؛ جرمي زيبا که اتفاقاً در ميان ستاره هاي خوشه ي M46 قرار دارد.
سحابي هاي ديگر نيز منتظر شما هستند.به نظر من سحابي هاي سياره نما از جذاب ترين اجرام آسماني براي رصدهاي آماتوري اند.درخشندگي آنها، امکان ديده شد ن شان از آسماني با شرايط پايين تر از ايده ال، و شکل ها و ساختارهاي عجيب و گوناگون آنها شما را تا صبح شب رصدي سرگرم مي کند.
و شما نخستين نسل از منجمان آماتوريد که حين رصد سحابي هاي سياره نما چگونگي و چرايي شکل گرفتن آنها به اين ترتيب را نيز درک مي کنيد.در يک شب رصدي درخشان و سرد بيش از اين چه مي خواهيد.
سحابي هاي سياره نما آخرين نفس نفس زدن هاي ستاره هاي در حال مرگ اند. اين ابرهاي گاز يونيزه شده به رنگ هاي زيبا و شب تابي مي درخشند و نورشان را از خاکستر نيم سوز اجساد ستاره هاي درون شان مي گيرند.سحابي هاي سياره نما منجمان آماتور را افسون مي کنند، زيرا بيشترشان درخشان اند با تلسکوپ هاي کوچک هم به راحتي ديده مي شوند-حتي از مناطقي با آلودگي نوري متوسط، طول عمر کوتاه آنها-که نسبت به عمر ميليارد ساله ي ستاره ها فقط حدود 50 هزار سال است-نگاهي سريع به تحولات ستاره اي را ممکن مي سازد.آنها آخر داستان زندگي خورشيد ما را بازگو مي کنند.
تقريباً همه ي ستاره ها روزي سحابي سياره نما مي شوند.و اخترشناسان همين تازگي هاست که جزييات چگونگي تشکيل و تحول اين اجرام را دريافته اند.
شکل هاي گوناگون
فهرست نويسي سحابي هاي سياره نما، دست کم درون راه شيري، تقريباً انجام شده است.اخترشناسان اکنون بيش از 3000 سحابي سياره نما درون کهکشان خودمان مي شناسند که 500 تاي آنها به اندازه ي کافي درخشان اند که بتوان با تلسکوپ هاي آماتوري آنها را رصد وعکاسي کرد.(افزون بر اين، چند سحابي سياره نما نيز در کهکشان هاي نزديک فهرست نويسي شده اند)طي 20 سال گذشته، گروهي از اخترشناسان بر تحقيق درباره ي سحابي هاي سياره نما متمرکز بوده اند. بروس بليک از دانشگاه واشينگتن، آدام فرانک از دانشگاه روچستر، ماريوليويو از موسسه ي علوم تلسکوپ فضايي، و برخي ديگر به بررسي فرايندهاي شکل گيري سحابي هاي سياره نما پرداخته اند.
به طور خلاصه، سحابي سياره نما زماني شکل مي گيرد که ستاره اي هم جرم خورشيد سوخت هسته اي خود را به پايان برساند و وارد مرحله ي پيري بشود.پس از اين که ترتيب عادي رويدادها چنين ستاره اي را به غول سرخ تبديل کرد، هسته اش تبديل به توده اي کربني به اندازه ي زمين مي شود.در اين هسته هم جوشي به صورت نامنظم آغاز مي شود و ستاره شروع به پرتاب پوسته ها يا فوران هاي گازي به فضاي اطراف خود مي کند.
پوسته هاي گازي با سرعت بسيار در فضاي اطراف گسترده مي شوند و با درخشش به سبب يونيزاسيون و نفوذ به ميان ماده ي ميان ستاره اي، نمايشي زيبا اجرا مي کنند و تعداد بسياري شکل ها و الگوهاي پيچيده و زيبا را مي آفرينند. چگونه مي توانيم به روشي منسجم و سازمان يافته سر از راز اين اشکال در آوريم؟
سحابي هاي سياره نما:نخستين روزها
اين نام در قرن هجدهم و زماني پديدار شد که بسياري از رصدگران، که اتفاقي با اين اجرام برخورد مي کردند، بر اين عقيده بودند که ساختارهاي قرص-مانند آنها، که برخي شان هم به رنگ غليظ سبز-آبي ديده مي شدند، بسيار شبيه سياراتي است که در تلسکوپ هاي خود مي ديدند.شکارچي فرانسوي معروف دنباله دارها، شارل مسيه، نخستين سحابي سياره نما را در سال 1764 ميلادي رصد و وارد فهرست کرد.اين جرم سحابي دمبل در صورت فلکي روباهک بود که در فهرست معروف اجرام مسيه شماره 27 را گرفت. مسيه اين فهرست را از اجرامي تهيه کرد که به نظر او ممکن بود در حين جستجوي دنباله دارها با آنها اشتباه گرفته شوند.
سحابي هاي سياره نماي بعدي هم به مرور کشف شدند، هرچند که سرعت اين اکتشافات نسبت به ديگر اجرام ژرف آسمان کمتر بود؛ بيشتر به اين سبب که سحابي هاي سياره نما اغلب نسبت به خوشه هاي ستاره اي، سحابي هاي نشري و بازتابي، و کهکشان ها کوچک ترند.ويليام هرشمل در يافتن سحابي هاي سياره نما موفق ترين رصدگر بود، حتي با اين که نمي دانست آنها چيستند و اين نام را براي سحابي هاي گرد و کوچکي به کار برد که او را به ياد اورانوس مي انداختند.
در قرن بيستم، با ظهور اخترفيزيک نوين، مطالعه ي سحابي هاي سياره نما نيز به جلو «پرتاب»شد.البته در سال 1918 ميلادي، کمتر از 100 سحابي سياره نما شناخته شده بود و اخترشناسان هنوز ماهيت کهکشان ها را نمي شناختند.تعداد کمي از اخترشناسان حرفه اي متخصص بررسي سحابي هاي سياره نما بودند و بنابراين تا همين اواخر فهرستي کلي از اين اجرام وجود نداشت و سحابي هاي سياره نما در ميان فهرست هاي گوناگون پراکنده بودند.
در سال 1967/1346، اين کمبود برطرف شد و اين زماني بود که اخترشناسان به نام هاي لوبس پرک و لوبس کوهوتک (که دنباله دار مشهور کوهوتک به نام اوست)فهرست مشترک شان از اين اجرام به نام «فهرست سحابي هاي سياره نماي کهکشاني»را منتشر کردند که شامل 1036 سحابي است.اين کار نخستين گام در مطالعات نوين سحابي ها ي سياره نما بود و اين فهرست مرجع استاندارد سحابي هاي سياره نما باقي ماند که اغلب به اختصار به آن فهرست «P&K» مي گويند.
واقعاً اين اجرام چگونه شکل مي گيرند؟
معما اين بود که سحاي هاي سياره نما، آن طور که آن ها را مي بينيم، ظاهراً شکل ها، اندازه ها، و روشنايي هاي بسيار متنوعي دارند که باعث مي شود رسيدن به داستاني منطقي براساس ماهيت فيزيکي آنها کاري دشوار باشد.
فرايند کشف مشابهي نيز در جريان بود که اکنون تقريباً حل شده است.در مسيري موازي، شکل هاي به ظاهر بسيار متفاوت کهکشان هاي فعال نيز که به نظر مي رسيد ميزبان سياه چاله اي هستند-بررسي مي شدند.
بليک و همکارانش اعلام کردند که، برخلاف تنوع بي شماري که مي بينيم فقط سه نوع سحابي سياره نما وجود دارند.گرد، بيضوي، و پروانه شکل.درون هرکدام از اين طبقه ها نيز درجاتي وجود دارند که مبناي آنها سنّ سحابي است؛ بنابراين سحابي هاي جوان، ميان سال و پير ظاهري متفاوت از يکديگر دارند.در کنار اين ماتريس 9 حالته، همه ي ديگر شکل ها به اين سبب ديده مي شوند که زواياي قرار گيري سحابي ها نسبت به امتداد ديد ما با هم متفاوت اند.
در همين چند سال گذشته که اين راه حل مطرح شده تصوير سحابي هاي سياره نما و معاني آنها روشن شده است اکنون اخترشناسان مي بينند که برخي ستاره هاي خورشيد مانند مي ميرند و مواد را به صورت کره هاي گردي به بيرون پرتاب مي کنند که هاله هايي از گاز درخشان را با حلقه هايي درخشان تر در درون شان شکل مي دهند.برخي ديگر پوسته اي از گاز را به بيرون مي دمند و سپس درخش هليومي رخ مي دهد (درخش هليومي فوراني در ستاره ي پير در پايان دوره ي هيدورژن سازي و آغاز همجوشي هليوم در هسته است)؛ و اين آخرين نفس نفس زد ن هاي مرد ن ستاره اي است که فوراني کشيده از گاز و غبار در فضا خلق مي کند.اين فوران با سرعتي بسيار به ميان هاله ي قديمي تر و کندتر پرتاب مي شود.همچنان ديگر سحابي ها نيز فشرده مي شوند؛ اين فشرده شد ن به سبب قرصي است که درونشان وجود دارد، يا نيروهاي کشندي که گازهاي پرسرعت را همچون آب پاشي کيهاني متمرکز مي کنند، يا نيروهاي مغناطيسي که سحابي سياره نما را به شکل پروانه اي بسيار کشيده تبديل مي کند.
در آسمان بالاي سرشما
سحابي دمبل کوچک (M76)در صورت فکلي بر ساوش را امتحان کنيد که جرمي با دو لب و ميله اي درخشان و حلقه هاي سحابي مانند کم نورتر بيروني است؛ اين حلقه ها همان نخستين پوسته ي مواد فوران شده از ستاره اند.مي توانيد برخي سحابي هاي سياره نماي کوچک و درخشان، مانند 1535 NGC در صورت فلکي نهر، را نيز رصد کنيد.در اين سحابي ستاره ي ابتدايي را به همراه قرصي لکه لکه و درخشان با شبکه اي از حلقه هاي نامنظم –که درون هاله اي بزرگ تر و کم نورتر قرار دارد-مي بينيد.وقتي اين جزييات را مي بينيد به ياد داشته باشيد که در حال تماشاي تصاد م ميان دومين فوران ماده از ستاره و گاز کم سوتر نخستين فوران هستيد.
سحابي اسکيمو (2392 NGC)در صورت فلکي جوزا نيز ستاره ي مرکزي درخشاني دارد که با تلسکوپ هاي آماتوري ديده مي شود.اطراف اين ستاره را دو پوسته ي گازي تابان-پوسته ي دروني درخشان تر و پوسته ي بيروني کم نورتر فرا گرفته اند.از جمله سحابي هاي کلاسيک حلقه شکل مي توان به 2438 NGC در صورت فلکي کشتي د م اشاره کرد؛ جرمي زيبا که اتفاقاً در ميان ستاره هاي خوشه ي M46 قرار دارد.
سحابي هاي ديگر نيز منتظر شما هستند.به نظر من سحابي هاي سياره نما از جذاب ترين اجرام آسماني براي رصدهاي آماتوري اند.درخشندگي آنها، امکان ديده شد ن شان از آسماني با شرايط پايين تر از ايده ال، و شکل ها و ساختارهاي عجيب و گوناگون آنها شما را تا صبح شب رصدي سرگرم مي کند.
و شما نخستين نسل از منجمان آماتوريد که حين رصد سحابي هاي سياره نما چگونگي و چرايي شکل گرفتن آنها به اين ترتيب را نيز درک مي کنيد.در يک شب رصدي درخشان و سرد بيش از اين چه مي خواهيد.
