فضا و نجوم

سیگنال رادیویی کهکشان راه شیری، طول موج بیست و یک

سیگنال کهکشان
نوشته شده توسط تیم تحریریه علمنا

تفاوتی نمی کند با چشم غیرمسلح، یا یک دوربین چشمی یا با یک تلسکوپ کوچک وقتی در یک شب تاریک و به دور از روشنایی شهر به آسمان نگاه می کنیم اغلب یک نوار نوری مه آلود در آسمان پیداست که راه شیری نام دارد. زمانی که مسیه (اخترشناس فرانسوی Messier) در اواخر قرن هجدهم میلادی بیش از ۱۰۰ شیء سحابی را کاتالوگ کرد تصورش را هم نمی کرد که بعضی از آنها مجموعه های از ستارگان کاملا جدا از مجموعه ستارگان راه شیری است. تا اوایل قرن ۱۹ انسان بیش از ۵۰۰۰ سحابی را می شناخت که عمده آنها حاصل کار سر ویلیام هرشل و پسرش جان هرشل بود. جان هرشل در سال ۱۸۶۴ کاتالوگ عمومی سحابی ها و خوشه ها General Catalogue of Nebulae and Clusters منتشر کرد. در سال ۱۹۰۸ تقریبا ۱۵۰۰۰ سحابی در کتابی با عنوان کاتالوگ عمومی جدید فهرست شده بود.
کلمه سحابی در آن زمان به هر شی آسمانی نسبت داده می شد که تصویر آنها در تلسکوپ های آن روزگار چندان واضح نبود و مه آلود دیده می شد. البته سر ویلیام هرشل حدس زده بود که برخی از این سحابی ها در واقع مجموعه ستارگانی جدا از مجموعه ستارگان ما هستند. اما برای نظر خود، شواهد کافی در اختیار نداشت و به همین سبب چندان پیگیر این دیدگاه نشد. با نصب تلسکوپ ۲.۵ متر بر قله مونت ویلسون در سال ۱۹۱۷ و با بهره گیری از تکنیک های عکاسی آن دوران ، تفکیک ستارگان جداگانه در کهکشان های نزدیک ممکن شد. در ادامه تعدادی نواختر در این کهکشان ها کشف شد و استدلال این بود که اگر این نواخترها به همان روشنی نواخترهایی باشند که در کهکشان ما پیدا شده اند و در عین حال بسیار کم نور به نظر می رسند، بنابراین بایستی در فوصل بسیار دور واقع شده باشند. این مساله تا سال ۱۹۲۴ در هاله ای از ابهام باقی ماند تا اینکه ادوین هابل که در رصدخانه مونت ویلسون کالیفرنیا کار می کرد متغیرهای قیفاووسی را در چند کهکشان نزدیک کشف کرد. در نهایت مشخص شد که سحابی ها باید اشیایی خارج از کهکشان راه شیری باشند. در همین کشاکش بود که اخترشناسان دریافتند که کهکشان ها شکل های بسیار گوناگونی دارند و برخی کروی، بیضوی و پهن و برخی مارپیچ و بازو دار و …
مشکل بزرگ این است که ما درون کهکشان راه شیری قرار گرفته ایم و تعیین شکل آن به سادگی ممکن نیست. اما اگرچه نمی توانیم کهکشان راه شیری را از بیرون مشاهده کنیم، اما می توانیم استدلال هایی ترتیب دهیم و شکل احتمالی کهکشان خود را حدس بزنیم. اگر کهکشان راه شیری کروی بود توزیع ستارگان درون آن بایستی الزاما یکنواخت می بود در حالیکه اینطور نیست و تراکم آن در بخش های معینی از آسمان بیشتر است. خورشید ما تقریبا در فاصله ۳۰ هزار کیلومتری از مرکز کهکشان قرار دارد. کهکشانی که قطر کلی آن تقریبا ۱۱۰۰۰۰ سال نوری است. بزرگترین مشکل شاید این باشد که مرکز کهکشان راه شیری برای ما قابل مشاهده نیست. زیر تداخل ابرهای غبار و نور میلیاردها ستاره اجازه نمی دهد که بتوانیم مرکز کهکشان را رصد کنیم. در واقع به نظر می رسد که ما در بخش پهن شدهء کهکشان زندگی می کنیم. زیرا وقتی به بالا و پایین راه شیری نگاه می کنیم ستارگان زیادی نمی بینیم اما وقتی در راستی قرص نگاه می کنیم نوری از ستارگان را می بینیم که به صورت حلقه ای گرداگرد آسمان ، قابل مشاهده اند. لیکن همه شواهد نشان می دهد که کهکشان ما یعنی راه شیری، کهکشانی با بازوهای مارپیچی است. اگرچه مرکز کهکشان راه شیری به دلایلی که در بالا گفتیم قابل مشاهده نیست اما کهکشان ما در برابر طول موج های رادیویی بسیار شفاف است. در واقع سیگنال های رادیویی خاص هیدروژن را می توان تقریبا از کل کهکشان راه شیری دریافت کرد. وقتی منجمان رادیوتلسکوپ های خود را روی طول موج ۲۱ سانتی متر تنظیم می کنند (درست شبیه وقتی که ما دستگاه گیرنده رادیویی معمولی خودمان را روی موج ایستگاه محلی تنظیم می کنیم) می توانند هیدروژن موجود در کهکشان را آشکارسازی کنند. البته یک مشکل بزرگ بر سر راه قرار دارد. ابررهای هیدروژنی نسبت به خورشید در حرکت اند. این حرکت با سیگنال ۲۱.۱۰۶ سانتی متر مشخص می شود که متاسفانه همیشه با رادیوتلسکوپ های ما دقیقا در همان طول مشخص ، قابل آشکار شدن نیست. چرا که اگر ابرهای هیدرروژنی نسبت به خورشید در حال حرکت باشند با پدیده دوپلر مواجه خواهیم شد. اگر ابرهای هیدروژنی به طرف خورشید در حال حرکت باشند طول موج ، کوتاهتر و اگر در حال دور شدن از خورشید باشند طول موج در اثر انتقال دوپلر بلندتر می شود. به همین جهت برای اینکه دریابیم مشاهدات سیگنالهای رادیویی ۲۱ سانتی متر چگونه می توانند به فهم بیشتر ما از کهکشان راه شیری کمک کند باید الگوی گردش ستارگان داخل کهکشان راه شیری را نیز شناخته باشیم. خود خورشید ما ستاره ای از بین ستارگان کهکشان راه شیری است.
ستاره ای که در مداری تقریبا دایره ای با سرعت ۲۴۰ کیلومتر در ثانیه حول هستهء کهکشان راه شیری حرکت می کند و تقریبا هر ۲۰۰ میلیون سال (این فقط یک تخمین است و منابع دیگری غیر از کتاب نجوم دینامیکی دیکسون، اعداد دیگری ذکر کرده اند)  به دور مرکز کهکشان راه شیری در گردش است. اما باز گردیم به طول موج ۲۱ سانتی متر  و اهمیت آن در سیگنالهای رادیویی دریافتی ما از کهکشان راه شیری. داستان از این قرار است که هیدروژن در حالت برانگیختگی، طول موج های خاصی در طیف نور مریی ایجاد می کند. گاز هیدروژن خنثی طول موج رادیویی خاصی تولید می کند که طول موج آن هم ۲۱.۱۰۶ سانتی متر است و آن را اصطلاحا سیگنال cm ۲۱ می نامند. این سیگنال دریافتی برای شناخت بیشتر کهکشان راه شیری و حتی فراتر از آن بری شناخت کیهان بسیار بسیار با ارزش است. چرا که بخت با ما یار بوده و با وجود توده های غبار کیهانی این پرتوهای با طول موج ۲۱ سانتی متری هیدروژن برایمان قابل آشکار سازی هستند. حتی اتمسفر زمین نیز مانع رسیدن آن به ما نیست و به همین جهت تلسکوپ های رادیویی روی زمین به راحتی می توانند این سیگنال را دریافت کنند. هیدروژن، نه تنها در شیمی به عنوان نخستین عنصر جدول تناوبی اهمیت دارد گویا برای کیهان شناسان نیز کلید حل معماهای بسیار است.

درباره نویسنده

تیم تحریریه علمنا

دیدگاه شما چیست