راز مهمان ۷ میلیارد ساله از اعماق کهکشان: عبوری که شاید دیگر تکرار نشود

به گزارش ایسنا، در طول تاریخ نجوم، اجرامی که از فضای میان‌ستاره‌ای وارد منظومه شمسی ما می‌شوند، همواره توجه دانشمندان و علاقه‌مندان به آسمان را جلب کرده‌اند. یکی از تازه‌ترین و جنجالی‌ترین این مسافران کهکشانی، دنباله‌دار 3I/ATLAS است؛ سومین جرم میان‌ستاره‌ای شناخته‌شده که تاکنون از نزدیکی زمین عبور کرده است.

این دنباله‌دار که در ابتدا توسط سیستم رصد خودکار ATLAS کشف شد، برخلاف دنباله‌دارهای معمولی منظومه شمسی، مسیر باز و هذلولی‌شکلی دارد و تنها یک بار از نزدیکی خورشید عبور می‌کند و سپس دوباره به فضای میان‌ستاره‌ای بازمی‌گردد. ویژگی‌های منحصر به فرد آن، از جمله سرعت فوق‌العاده بالا، ترکیب شیمیایی غیرمعمول و نسبت بالای دی‌اکسید کربن به آب در هاله‌اش، دانشمندان را به بررسی منشأ و شرایط شکل‌گیری آن در نواحی سرد و دور از ستارگان واداشته است.

این جرم نه تنها اطلاعات ارزشمندی درباره فرآیندهای شکل‌گیری سیارات و تکامل اجرام در دیگر منظومه‌ها ارائه می‌دهد، بلکه فرصتی منحصربه‌فرد برای آزمایش فناوری‌های رصدی و تحلیل علمی در شرایط محدود زمانی فراهم کرده است. در عین حال، محدودیت‌های رصدی و کم‌نور بودن آن باعث شده مطالعه دقیقش با چالش‌های جدی مواجه باشد.

در این مصاحبه، دکتر محمدمهدی مطیعی، عضو شورای دبیران کمیته آماتوری انجمن نجوم ایران، درباره ویژگی‌های علمی، اهمیت پژوهشی و چالش‌های رصدی دنباله‌دار 3I/ATLAS، نسبت CO₂ به آب، سن احتمالی بیش از ۷ میلیارد سال و فرصت‌های طلایی مطالعات میان‌ستاره‌ای توضیح می‌دهد و نگاه تازه‌ای به رازهای این مسافر کهکشانی ارائه می‌کند.

چرا 3I/ATLAS را “بین‌ستاره‌ای” می‌نامیم؟

محمدمهدی مطیعی، دکترای نجوم و اخترفیزیک و عضو شورای دبیران کمیته آماتوری انجمن نجوم ایران اظهار کرد: اصطلاح «بین‌ستاره‌ای» (Interstellar) به جرمی اطلاق می‌شود که منشأ آن خارج از منظومه شمسی است و برخلاف اجرام منظومه ما، دارای مدار بسته‌ای نیست که بتواند تحت تأثیر گرانش خورشید، به‌طور دوره‌ای به دور آن بچرخد. چنین جرمی می‌تواند از میدان گرانشی خورشید بگریزد و تنها به‌صورت گذرا از ناحیه منظومه شمسی عبور کند.

وی افزود: رصد اولیه این دنباله‌دار توسط سامانه «سیستم هشدار نهایی برخورد سیارک به زمین» یا ATLAS انجام شد که یک پروژه‌ رصد خودکار است و برای یافتن اجرام نزدیک به زمین با تصویربرداری گسترده از آسمان طراحی شده است.

مطیعی اظهار کرد: پس از گزارش اولیه، رصدخانه‌ها و تلسکوپ‌های متعدد برای پیگیری آن اقدام کردند تا مجموعه‌ای از مشاهدات دقیق‌تر در بازه‌ زمانی کافی به ‌دست آید. پس از تحلیل‌های اولیه، سازمان‌های مرتبط، آن را به عنوان یک جسم بین‌ستاره‌ای ثبت و نامگذاری کردند.

عضو شورای دبیران کمیته آماتوری انجمن نجوم ایران خاطر نشان کرد: پیشوندِ I برای اجرام میان‌ستاره‌ای یا Interestellar استفاده می‌شود و عدد 3 نشان‌دهنده آن است که این سومین جسم میان‌ستاره‌ای کشف شده تاکنون است.

وی تأکید کرد: مسیر هذلولی‌شکل این دنباله‌دار، که نشان‌دهنده حرکتی باز و بدون بازگشت به فضای منظومه شمسی است، به‌همراه سرعت بالای آن ـ که با سرعت‌های معمول اجرام موجود در منظومه شمسی همخوانی ندارد ـ از جمله ویژگی‌هایی است که این جرم را از دیگر دنباله‌دارها یا سیارک‌های منظومه شمسی متمایز می‌کند.

مهم‌ترین داده‌هایی که از 3I/ATLAS جمع‌آوری شد

وی اضافه کرد: مهمترین داده‌ای که تا کنون از 3I/ATLAS به‌دست آمده برمبنای طیف‌سنجی و نورسنجی در بازه نور مرئی و مادون قرمز نزدیک است که نشان می‌دهد این جرم احتمالاً یک جسم بین‌ستاره‌ای با خواص سطحی غیرمعمول (ترکیبی از خصوصیات دنباله‌دار و سیارک) است.

مطیعی با تاکید بر اینکه با استفاده از این داده‌ها، سرعت و مسیر بین‌ستاره‌ای این دنباله‌دار تأیید شده است، اضافه کرد: اندازه تقریبی آن در محدوده چند صد متر تا چند کیلومتر و شواهدی محدود برای فعالیت دنباله‌ای (گرد و غبار) و ترکیبات شیمیایی سطحی آن که با برخی از سیارک‌ها و دنباله‌دارهای منظومه‌شمسی تفاوت‌هایی دارند، نیز مشخص شده است. اما به طور کلی هنوز مشخص نیست که این جسم یک دنباله‌دار فعال یا بیشتر شبیه سیارک بین‌ستاره‌ای نسبتاً خنثی است.

این محقق اخترفیزیک یکی از داده‌های جالب این سیاره را نسبت بالای CO₂ به آب در هاله‌ آن دانست و در این باره توضیح داد: نسبت بالای CO₂ به H₂O در هاله (coma) یک جرم بین‌ستاره‌ای مانند 3I/ATLAS اطلاعات مفید و ارزشمندی درباره منشأ و شرایط محیطی آن در ناحیه‌ای که شکل گرفته است، در اختیار قرار می‌دهد. نسبت CO₂ به آب بالا نشان‌دهنده فراوانی نسبی یخ‌های کربن‌دار یا مواد غنی از CO₂ نسبت به یخ آب در پوسته‌ فرّارِ آزاد شده این دنباله‌دار است که می‌تواند چند علت داشته باشد:

* اول آن‌که این جسم در ناحیه سردتر و دورتر از ستاره مادر تشکیل شده است.
* دوم وجود ساختاری است که CO₂ در آن راحت‌تر آزاد می‌شود.
* سوم آن که ممکن است محیطی که این جسم در آن تشکیل شده است، بسیار سرد بوده یا ساز و کارهای تشعشی در آن محیط سبب شده‌اند که ترکیب سطح تغییر یافته باشد.

مطیعی افزود: به طور کلی اگر جسم در ناحیه‌ای بسیار دورتر از ستاره مادر و سرد شکل گرفته باشد، انتظار می‌رود یخ‌های CO و CO₂ نسبت به آب بیشتر حفظ شوند CO₂ و CO در دماهای پایین‌تر نیز فرّارند، به خصوص اگر ساختار یخ متخلخل باشد، در عبور از نزدیکی خورشید (یا ستاره میزبان)، بسته به میزان گرم‌شدن، ممکن است CO₂ زودتر یا با نرخ بیشتری آزاد شود.

وی اظهار کرد: از طرفی قرارگیری طولانی‌مدت در محیط بین‌ستاره‌ای یا مثلاً عبور نزدیک از کنار ستاره که ممکن است تشعشعات شدیدی داشته باشد، می‌تواند لایه‌ رویی دنباله‌دار را که غنی از آب است حذف کند، اما دی‌اکسید کربن بتواند از سطح خارج شود که نتیجه آن افزایش نسبی CO₂ در هاله است.

تخمین‌هایی که از دنباله دار زده شد

مطیعی خاطرنشان کرد: تخمین‌ها حاکی است که ممکن است مسن‌تر از منظومه‌ شمسی ما باشد و این موضوع چه معنایی می‌تواند داشته باشد را این محقق حوزه اختر فیزیک این گونه بیان می‌کند که اخترشناسان با استفاده از داده‌های جمع‌آوری‌ شده از تلسکوپ‌های فضایی مانند هابل، اندازه‌ هسته‌ این دنباله‌دار را تخمین زده‌اند. این تخمین‌ها به آنها اجازه می‌دهد تا سن دنباله‌دار را نیز محاسبه کنند. بر اساس این محاسبات، سن این جسم بیش از ۷ میلیارد سال است که این مقدار بیشتر از سن منظومه شمسی (حدود ۴.۶ میلیارد سال) است.

عضو شورای دبیران کمیته آماتوری انجمن نجوم ایران ادامه داد: این امر نشان می‌دهد که این دنباله‌دار یکی از قدیمی‌ترین اجرام شناخته‌ شده است که در حال حاضر در منظومه شمسی قرار دارد و می‌تواند اطلاعات ارزشمندی در مورد شکل‌گیری منظومه شمسی در اختیار دانشمندان قرار دهد. اما ثابت‌کردن این موضوع نیاز به ترکیبی از طیف‌سنجیِ دقیق، آنالیز شیمیایی، مدل‌سازیِ مواد و روش‌های دیگر دارد.

وی افزود: به عنوان مثال اگر فراوانی عناصر یا نسب‌های ایزوتوپی آنها نشان دهنده نسلی قدیمی‌تر از گاز بین‌ستاره‌ای باشد، نشان می‌دهد منشأ آن مربوط به نسلی از ستارگان پیشین است. طیف‌سنجی ترکیبی مولکولی و بررسی فراوانی‌های شیمیایی و همچنین رصد در طول موج‌های مختلف با استفاده از تلسکوپ‌های گوناگون می‌توانند در این رابطه راه‌گشا باشند.

به گفته این محقق حوزه اختر فیزیک، تعیین سن مستقیم با روش‌های رادیومتری در عمل برای یک دنباله‌دار دور ممکن نیست، بنابراین تخمین سن‌ به روش‌های مستقیم مانند آن‌چه در زمین انجام می‌شود، برای این جرم ممکن نیست.

مسیر دنباله‌داری با سن بیشتر از کهکشان 

عضو شورای دبیران کمیته آماتوری انجمن نجوم ایران با بیان اینکه مسیر این‌ دنباله‌دار یک مسیر بسته با دوره تناوب مانند بیضی نیست، اظهار کرد: انرژی مداری آن مثبت است و مسیر دنباله‌دار به شکل هذلولی است. جهت و سرعت ورود آن به منظومه شمسی نشان می‌دهد که این شیء از فضای میان‌ستاره‌ای آمده و تنها یک بار از نزدیکی خورشید عبور می‌کند و سپس دوباره وارد فضای بین‌ستاره‌ای می‌شود.

مطیعی خاطرنشان کرد: مشاهدات نشان داده‌اند که زاویه مدار آن با دایره‌البروج (مسیر حرکت زمین به دور خورشید) زیاد است. این شیب بالا سازگار با منشأ میان‌ستاره‌ای است، چون اگر از دیسک پیش‌سیاره‌ای منظومه‌ای در حال چرخش آمده بود، معمولاً شیب‌های نزدیک به صفر تا اندک انتظار می‌رفت.

وی تاکید کرد: سرعت ورودی این جرم نسبت به خورشید در حدود ۶۱ کیلومتر بر ثانیه است که برابر با حدود ۲۱۹ هزار کیلومتر بر ساعت می‌شود. از منظر علمی عبور چنین جرمی بسیار ارزشمند است، اما احتمال آنکه آثار مخرب یا تأثیرات بزرگی روی سیارات منظومه‌ شمسی داشته باشد، عملا وجود ندارد.

به گفته وی، تنها می‌توان با مطالعه آن اطلاعاتی درباره فرآیندهای شکل‌گیری سیارات در منظومه‌ دیگر، شکل نامنظم این جرم و سرعت چرخش آن به دست آورد. همچنین با اندازه‌گیری عناصر فرار و نرخ تبخیر می‌توان درک صحیحی از مقاومت مواد در شرایط ستاره‌ای دیگر به دست آورد. به طور کلی این جسم تهدیدی برای زمین یا منظومه‌ شمسی نخواهد بود.

عضو شورای دبیران کمیته آماتوری انجمن نجوم ایران افزود: با استفاده از انواع تلسکوپ‌ها زمینی و فضایی در طول موج‌های مختلف می‌توان این دنباله‌دار را رصد کرد و اطلاعات ارزشمندی از آن به دست آورد. به عنوان مثال، یکی از بهترین فرصت‌ها برای استخراج بیشترین اطلاعات، ترکیب داده‌های مرئی، فروسرخ و رادیویی از رصدهای هم‌زمان و استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب و ALMA می‌تواند باشد.

تردید درباره منشأ دنباله‌دار اطلس

عضو شورای دبیران کمیته آماتوری انجمن نجوم ایران در پاسخ به این سؤال که آیا ویژگی‌های عجیب یا خارج از انتظار در 3I/ATLAS مشاهده شده‌اند که تردیدهایی را درباره‌ی منشأ طبیعی آن ایجاد کنند؟، گفت: تا جایی که مشاهدات منتشرشده و تحلیل‌های جامعه‌ نجومی نشان می‌دهد، برای 3I/ATLAS ویژگی «عجیبی» که لازم باشد منشأ غیرطبیعی (مصنوعی یا فراطبیعی) را جدی بگیریم، گزارش نشده است.

رصدهای طیفی، تصویری و فوتومتریِ انجام ‌شده نشان‌دهنده خواص سازگار با یک دنباله‌دار یا جرم کوچک طبیعی، فعالیت دنباله‌داری (در صورت وجود)، ترکیب‌های آشنا و منحنی‌هایی نوری که با چرخش و شکل توضیح‌پذیرند، هستند.

وی اضافه کرد: شواهدی قاطع از رفتاری مثل ارسال پیام‌های رادیویی، الگوهای حرکتی غیرقابل توضیح، یا ساختار مصنوعی واضح گزارش نشده است.

مطیعی یادآور شد: مطالعه‌ دنباله‌دارهای میان‌ستاره‌ای مانند 3I/ATLAS از منظر پژوهشی اهمیت زیادی دارد؛ چون این اجرام نمونه‌های واقعیِ ماده‌ تولیدشده در مکان دیگری در کهکشان ما را به‌طور مستقیم در اختیار می‌گذارند. به عنوان نمونه بررسی فرآیندهای تشکیل سیاره در دیگر منظومه‌ها، تنوع ساختاری و تکاملی اجرام کوچک، آزمایش نظریه‌های خروج اجرام از منظومه‌ها و دینامیک ستاره‌ای، درک ترکیب آلی و پیش‌زیستی در سطح کهکشان، بررسی تعاملات ماده میان ‌ستاره‌ای با محیط منظومه‌ شمسی، منشأ و فراوانی اجرام میان‌ستاره‌ای، تشابه یا تفاوت در ترکیب شیمیایی سیارات و مواردی از این دست می‌توانند از مطالعه چنین اجرامی حاصل شوند.

مطیعی در پاسخ به این سوال که آیا ممکن است این نوع اجسام در آینده نزدیک بیشتر کشف شوند؟ آیا ما آمادگی رصدی و فناوری لازم را داریم؟ گفت: بله. احتمال کشف بیشتر اجرام میان‌ستاره‌ای در آینده نزدیک به‌طور قابل‌توجهی بالاست. افزایش توانمندی‌های رصدی (به‌ویژه رصدخانه‌هایی با میدان دید وسیع و حساسیت بالاتر) نرخ کشف این اجرام را زیاد می‌کند. از منظر فناوری و رصدی ما دستاوردهای مهمی داریم، اما برای بهره‌برداری حداکثری، هنوز چالش‌ها و کمبودهایی وجود دارد. تلسکوپ‌های نسل جدید با دوربین‌های بزرگ‌تر و پردازش بلادرنگ قادرند اجرام کم‌نور و گذرا را سریع‌تر و در تعداد بیشتر پیدا کنند. همچنین بهبود در پردازش داده و الگوریتم‌های تشخیص حرکت، یادگیری ماشین برای جداسازی منابع گذرا از نویز و شبکه‌های اطلاع‌رسانی خودکار، کشف و پیگیری چنین اجرامی راسریع‌تر ممکن می‌کنند.

مطیعی در پاسخ به این پرسش که آیا احتمال دارد عبور چنین جسمی از منظومه‌ شمسی «هشدار» یا آزمایشی برای دفاع سیاره‌ای به حساب آید؟، گفت: بعید است عبور اجرام میان‌ستاره‌ای مانند 3I/ATLAS به‌خودی‌خود به‌عنوان «هشدار» یا آزمون فوریِ دفاع سیاره‌ای تلقی شود. این اجسام معمولاً کوچک‌اند و احتمال برخورد آنها با زمین بسیار کم است. با این حال، از منظر تهیه‌ توانمندی‌های دفاع سیاره‌ای و آمادگی جهانی، عبور چنین اجرامی فرصتِ باارزشی برای تمرین رصد، ردگیری، تخمین مسیر و آزمایش فرایندهای تصمیم‌گیری است.

چالش‌های موجود در مطالعه‌ میان ستاره‌‎ای

عضو شورای دبیران کمیته آماتوری انجمن نجوم ایران با بیان اینکه در مطالعه اجرام میان‌ستاره‌ای مانند 3I/ATLAS چندین چالش فنی و عملی وجود دارد که رصد و تحلیل را دشوار می‌کند، این چالش‌ها را شامل این موارد دانست:

* زمان‌بندی کوتاه
* کم‌نور بودن
* هندسه‌ مسیر
* محدودیت‌های تخصیص زمان رصد در تلسکوپ‌های بزرگ و نیز دیگر محدودیت‌های فنی.

وی افزود: اکثر این مشکلات با ترکیبی از ابزارهای رصدی جدید در تلسکوپ‌هایی مانند جیمز وب و دیگر تلسکوپ‌ها در محدوده‌های طول موجی مختلف قابل کاهش‌اند؛ اما بعضی محدودیت‌ها هنوز چالش‌برانگیزند. به عنوان مثال بسیاری از اجرام میان‌ستاره‌ای زمانی کشف می‌شوند که در مسیر گذر سریع هستند یا نزدیک حضیض‌ مداری خود قرار گرفته‌اند.

عضو شورای دبیران کمیته آماتوری انجمن نجوم ایران گفت: زمان قابل‌استفاده برای پیگیری دقیق و تصمیم‌گیری مأموریتی کوتاه است و فرصت کافی برای طیف‌سنجی با کیفیت بالا، رصدهای تکراری به‌منظور بررسی تغییرات نوری جسم و محاسبه‌ دقیق پارامترهای مداری بسیار کوتاه است. همچنین طراحی و پرتاب فضاپیمایی برای دیدار مستقیم با این اجرام عملاً وجود ندارد.

وی در ادامه با اشاره به پرسشی درباره‌ وجود داده‌های جدید در زمینه‌ ترکیب سطحی یا ساختار داخلی این اجرام، افزود: این داده‌ها معمولاً در سایت‌های معتبر علمی یا پایگاه‌های داده‌ مربوط به تلسکوپ‌ها و رصدخانه‌های معتبر دنیا، پس از بررسی‌های اولیه و استخراج نتایج علمی، در اختیار قرار خواهند گرفت.

مطیعی تصریح کرد: از جمله می‌توان به نتایج طیف‌سنجی نوری و فروسرخ، خطوط جذب و تابش مولکولی و باندهای ترکیبات آلی، بررسی یخ‌های آب، مونوکسید و دی‌اکسید کربن و متان و همچنین مواد معدنی دیگر مانند سیلیکات‌ها و کربن‌ها اشاره کرد. همچنین آشکارسازی یخ‌ها و پی‌گیری مولکول‌های آلی پیچیده، آشکارسازی خطوط مولکولی گاز مادرِ دنباله‌دار و انتشار گرد و غبارِ ریز، نورسنجی و تعیین شکل دقیق، قطر مؤثر، چرخش و ناهمسانی‌های سطحی، بررسی وجود ساختار توخالی یا توده‌ای، اندازه‌گیری بازتاب دنباله‌دار و ویژگی‌های قطبیدگی نور بازتاب‌شده ـ که می‌تواند اطلاعاتی درباره‌ بافت سطح جسم مانند زبری، اندازه‌ ذرات گرد و غبار و ترکیبات موجود ارائه دهد ـ از دیگر محورهای مورد بررسی هستند.

وی خاطرنشان کرد: مشاهدات حرارتی برای برآورد دمای سطح و اندازه‌گیری نشر حرارتی که به تخمین چگالی و ساختار داخلی جسم کمک می‌کند، بسیار حائز اهمیت است. همچنین مشاهدات راداری و تصویرسازی سطحی با وضوح بالا، بررسی افزایش یا کاهش سرعت و میزان از دست رفتن جرم نیز از جمله دستاوردهای علمی ارزشمند رصدهای دقیق در آینده‌ نزدیک خواهند بود.