نقشه‌ برداری از ساختار بخش دوردست کهکشان راه شیری

تقریباً از قرن ۱۸ میلادی بود که ستاره‌شناسان پی بردندمنظومه‌ی شمسی، در ساختاری بسیار گسترده‌تر و دیسکی شکل به نام کهکشان راه شیری که ستاره‌ها و گازهای میان ستاره‌ای را نیز در خود جای داده، قرار گرفته است. از آن زمان به بعد، بزرگ‌ترین دانشمندان، ذهن‌های خود را به کار گرفتند تا بتوانند دورترین فاصله در این کهکشان را به طور دقیق اندازه‌گیری کنند و پی ببرند که این کهکشان، تا چه اندازه بزرگ است. این کار ساده‌ای نبوده و نیست؛ زیرا ما بخشی از همین ساختار دیسکی شکل هستیم و این یعنی نمی‌توانیم از نمای بالا به آن بنگریم.

اما یک روش بسیار جالب به نام «اختلاف منظر مثلثاتی» وجود دارد که کارایی خود را در طول تاریخ نشان داده است و می‌توان از آن برای تعیین فاصله اجرام دوردست استفاده کرد. وقتی که فاصله‌ی زمین و خورشید دقیقاً برابر با یک واحد نجومی یا ۱۴۹۵۹۷۸۷۰۷.۷ کیلومتر است (زمین در یک مدار بیضوی به دور خورشید گردش می‌کند و این فاصله دائماً تغییر می‌کند اما در نیمه اوج مداری در ماه‌های آگوست و فوریه، این فاصله کاملاً دقیق خواهد بود)، ستاره‌شناسان یک مشاهده از جرم سماوی مورد نظر انجام می‌دهند و شش ماه بعد که زمین در آن سوی خورشید قرار می‌گیرد، باز هم فرآیند رصد را تکرار کرده و سپس یک مثلث فرضی را تصور می‌کنند؛ مثلثی که رأس آن روی جرم مورد نظر قرار گرفته و دو ضلع آن از نقاطی که رصدها انجام شدند، عبور می‌کند. این ستاره‌شناسان به کمک قوانین مثلثاتی، زاویه منظر آن جرم خاص را محاسبه کرده و می‌توانند فاصله‌ی تقریبی و نسبتاً دقیق آن جرم را از زمین محاسبه کنند.

حال به‌تازگی گروهی از ستاره‌شناسان انستیتو رادیو اخترشناسی ماکس پلانک (MPIfR) در بُن، آلمان و ستاره‌شناسان مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونین (CfA) موفق شده‌اند به‌کمک روش اختلاف منظر مثلثاتی، فاصله‌ی طرف دیگر کهکشان راه شیری از زمین را محاسبه کنند. این برای نخستین‌بار است که چنین کاری با دقت بالا انجام می‌شود و جرمی که فاصله‌ی آن با زمین سنجیده شده، تقریباً دو برابر دورتر از اجرامی است که پیش‌تر فاصله‌ی آن‌ها با زمین سنجیده شده بود.

این کار گروهی علمی و بسیار مهم، به رهبری آلبرتو سَنا، پژوهشگر ارشد انستیتو رادیو اخترشناسی ماکس پلانک انجام شده است. این گروه، داده‌هایی که توسط آرایه خط‌پایه بسیار بزرگ (VLBA) واقع در رصدخانه رادیو اخترشناسی ملی آمریکا جمع‌آوری شده بودند را بررسی کردند تا بتوانند فاصله‌ی ناحیه زایشگاه ستاره‌ای را که در آن سوی کهکشان راه شیری قرار گرفته است، تعیین کنند. گروه برای انجام این کار، از روشی که برای نخستین‌بار در سال ۱۸۳۸ میلادی توسط فریدریش ویلهلم بسل، ستاره‌شناس آلمانی برای تعیین فاصله‌ی ستاره ۶۱ ماکیان (61 Cygni) به کار گرفته شد، استفاده کردند. این روش، همان‌طوری که گفته شد، اختلاف منظر مثلثاتی نام دارد.

دقت بیشتر اندازه‌گیری‌ها

در روش اختلاف منظر مثلثاتی، هرچه زاویه‌ی منظر کوچک‌تر باشد، یعنی آن جرم در فاصله‌ی دورتری قرار گرفته است. این اندازه‌گیری‌ها همگی توسط داده‌های جمع‌آوری شده توسط آرایه پیمایشی BeSSeL انجام شده‌اند و دقیق‌ترین اندازه‌گیری انجام شده از یک جرم مرزی (مرز کهکشان) به شمار می‌رود. در قرن ۱۹ میلادی، فریدریش ویلهلم بسل و بسیاری از دانشمندان هم دوره‌اش، مجبور بودند که با استفاده از تجهیزات بسیار ابتدایی، اختلاف منظر را اندازه‌گیری کنند. امروزه، ما آرایه VLBA ‌را داریم که از ۱۰ دیش بزرگ که در آمریکای شمالی، هاوایی و منطقه کارائیب قرار گرفته‌اند، تشکیل شده است.

با در اختیار داشتن چنین آنتن‌هایی، VLBA‌می‌تواند اختلاف منظرها را با دقت هزار برابر بیشتر از آن‌چه که توسط ستاره‌شناسان هم دوره‌ی فریدریش بسل اندازه‌گیری شده بود، محاسبه کند. VLBA‌ می‌تواند علاوه بر اندازه‌گیری زاویه اختلاف منظر اجرام و منظومه‌های ستاره‌ای نزدیک، زاویه‌های بسیار کوچک اجرامی را که در گستره‌ی کیهانی دوردست قرار گرفته‌اند، با دقت بالا اندازه‌گیری کند.

آلبرتو سَنا در این خصوص می‌گوید:

ما اکنون با استفاده از آرایه VLBA، می‌توانیم کل حوزه‌ی کهکشان خود را نقشه‌برداری کنیم. ما یک ناحیه‌ی دوردست را برای سنجش فاصله انتخاب کرده‌ایم؛ اما بسیاری از ستاره‌ها و گازهای میان‌ستاره‌ای، در مسیر اندازه‌گیری‌مان قرار گرفته‌اند. ما به کمک VLBA، توانایی اندازه‌گیری و سنجش نقاط دوردست را داریم و می‌توانیم شکل دقیق بازوهای مارپیچی کهکشان را ترسیم کرده و در مورد آن‌ها چیزهای جدیدی بیاموزیم.

رصدهای آرایه VLBA که طی سال‌های ۲۰۱۴ و ۲۰۱۵ انجام شدند، توانستند فاصله‌ی ناحیه‌ی زایشگاه ستاره‌ایG007.47+00.05 را از زمین تعیین کنند. مانند دیگر نواحی زایشگاه ستاره‌ای، در این ناحیه نیز مولکول‌های آب و متانول وجود دارند که به عنوان تقویت‌کننده‌های طبیعی سیگنال‌های رادیویی عمل می‌کنند. این اتفاق، در ماسرها(MASER) خود را نشان می‌دهد. ماسر، پدیده‌ای است که باعث می‌شود سیگنال‌های رادیویی نورانی شده و برای رادیو تلسکوپ‌ها قابل مشاهده گردند. تولید این چشمه‌ی نوری خاص، به دمای جسم بستگی ندارد و همچون لیزرها عمل می‌کند.

این زایشگاه ستاره‌ای، ۶۶ هزار سال نوری با زمین فاصله دارد و نسبت به موقعیت منظومه‌ی شمسی، دقیقاً در آن سوی کهکشان راه شیری قرار گرفته است. پیش‌تر، حداکثر فاصله‌ای که به کمک روش اختلاف منظر اندازه‌گیری شده بود، ۳۶ هزار سال نوری بود که تقریباً ۱۱ هزار سال نوری بیش از فاصله‌ی منظومه‌ی شمسی تا مرکز کهکشان راه شیری بود. آلبرتو سَنا بر این باور است که این روش جدید می‌تواند میزان اندازه‌گیری‌ها را بسیار افزایش دهد.

راهنماهای مسیر کیهانی

هزاران زایشگاه ستاره‌ای در کهکشان راه شیری وجود دارد؛ اما همان‌طور که کارل مِنتِن، یکی از اعضای انستیتو رادیو اخترشناسی ماکس پلانک و از نویسندگان این مقاله می‌گوید، این پژوهش به دلیل ناحیه‌ای که زایشگاه ستاره‌ای G007.47+00.05 در آن قرار گرفته، بسیار خاص و منحصر به فرد است. وی در ادامه صحبت‌های خود گفت:

با این تفاسیر، ما راهنماهای زیادی داریم که می‌توانیم برای پروژه نقشه‌برداری خود از آن‌ها استفاده کنیم؛ اما این یک ناحیه، ویژه و منحصر به فرد است. به کمک این ناحیه، می‌توان از درون راه شیری عبور کرد و مسیری مستقیم را تا آن سوی کهکشان پیمود و به لبه‌ی آن رسید.

آلبرتو سَنا و همکارانش امیدوارند که طی سال‌های آینده، مشاهدات بیشتری را از زایشگاه ستاره‌ای G007.47+00.05 و دیگر نواحی دوردست کهکشان راه شیری انجام دهند. هدف نهایی و مهم گروه، این است که درک بهتری از تمام کهکشان راه شیری داشته باشند. یکی از اهداف دیگر پروژه، این است که دانشمندان در نهایت بتوانند اندازه و وزن دقیق کهکشان را محاسبه کرده و تعداد دقیق ستاره‌های موجود در آن را تعیین کنند. بخش هیجان‌انگیز ماجرا، تهیه نخستین‌ تصویر واقعی از کهکشان راه شیری طی ۱۰ سال آینده است و آلبرتو سَنا و همکارانش امیدوار هستند که بتوانند به کمک ابزار پیشرفته‌ای که در اختیار دارند این کار را به بهترین شکل ممکن انجام دهند. تصور کنید، نسل‌های آینده می‌توانند کهکشان راه شیری را همچون دیگر کهکشان‌های نزدیک، بررسی کرده و مرزهای آن را مشاهده کنند.

نتایج این پژوهش بسیار مهم، در ژورنال Science با عنوان «نقشه‌برداری ساختار مارپیچی در بخش دوردست کهکشان راه شیری» منتشر شده است.