قدیمی‌ترین مهمان میان‌ستاره‌ای؛ تلسکوپ جیمز وب سن دنباله‌دار اطلس را فاش کرد

تقریباً یک سال پیش، اخترشناسان سراسر جهان تلسکوپ‌های خود را به سمت نقطه‌ای درخشان که با سرعت از میان منظومه شمسی می‌گذشت، نشانه گرفتند. این جرم با نام دنباله‌دار ۳آی/اطلس (3I/ATLAS)، سومین جرم میان‌ستاره‌ای بود که در محله کیهانی ما شناسایی شد.

در ماه‌های بعد، پژوهشگران اطلس را عمیق‌تر مطالعه کردند؛ مثلاً دریافتند قطر تقریبی آن ۲٫۶ کیلومتر است و با سرعت ۲۲۱هزار کیلومتر بر ساعت، منظومه شمسی را درمی‌نوردد. اما یک پرسش کلیدی همچنان بی‌پاسخ مانده بود: سومین دنباله‌دار میان‌ستاره‌ای شناخته‌شده دقیقاً کجا، یا بهتر بگوییم چه زمانی متولد شد؟

اخترشناسان اکنون به این نتیجه رسیده‌اند که اطلس ممکن است تا ۱۲ میلیارد سال عمر باشد. آن‌ها با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا، ترکیب شیمیایی دنباله‌دار را اندازه‌گیری کردند و نتیجه گرفتند که اطلس در دوره‌های آغازین تاریخ جهان، در ناحیه‌ای ستاره‌ساز از کهکشان راه شیری شکل گرفت. این یافته‌ها همچنین نگاهی اجمالی به منظومه‌های سیاره‌ای دیگر و تفاوت آن‌ها با منظومه شمسی ارائه می‌دهد.

وقتی غبار و گاز اطراف ستاره‌های تازه‌متولدشده به هم می‌پیوندند و سیاره‌ها را شکل می‌دهند، بقایای باقی‌مانده ممکن است با سرعت‌های بسیار زیاد به بیرون پرتاب شوند. دنباله‌دار اطلس که نخستین بار توسط سامانه هشدار نهایی برخورد سیارک‌های خطرناک (ATLAS) شناسایی شد، نخستین مهمان میان‌ستاره‌ای نیست که دانشمندان را شگفت‌زده کرده است. بااین‌حال، این جرم با اختلاف بزرگ‌ترین و درخشان‌ترین نمونه است. موارد قبلی، یعنی اوموآموآ و بوریسوف که به‌ترتیب در سال‌های ۲۰۱۷ و ۲۰۱۹ کشف شدند، کم‌نورتر و کوچک‌تر از یک کیلومتر بودند.

کوردینر می‌گوید: «واقعاً نمی‌دانستیم قرار است چه چیزی ببینیم.» اما خیلی زود متوجه شد که اطلس در مقایسه با دنباله‌دارها و سیارک‌های معمولی منظومه‌ی شمسی، «فقط کمی متفاوت نیست؛ [بلکه] بسیار متفاوت است.»

اطلس با نزدیک‌شدن به خورشید و گرم‌شدن توسط آن، گازهایی مانند بخار آب، مونوکسید کربن، دی‌اکسید کربن و حتی فلزاتی مانند نیکل و آهن را به بیرون پرتاب کرد. اما دو تفاوت شیمیایی اصلی که منشأ عجیب آن را آشکار کردند، به ایزوتوپ‌های کربن و هیدروژن مربوط می‌شوند؛ یعنی اتم‌هایی که تعداد پروتون‌های یکسان اما تعداد نوترون‌های متفاوت دارند.

نخست اینکه اطلس نسبت کربن-۱۲ به کربن-۱۳ بسیار بیشتری نسبت به اجرام منظومه‌ی شمسی دارد. از آنجایی که کربن-۱۳ در طول زمان و بر اثر انفجارهای قدرتمند ستاره‌ای در جهان افزایش می‌یابد، کمبود نسبی آن در اطلس نشان می‌دهد این دنباله‌دار در دوره‌ای بسیار ابتدایی از جهان، پیش از آنکه تعداد زیادی از ستارگان فرصت انفجار پیدا کنند، شکل گرفته است.

دوم اینکه اطلس مقدار زیادی «آب نیمه‌سنگین» دارد؛ یعنی نوعی آب که برخی از اتم‌های هیدروژن آن یک نوترون اضافی دارند. این نوع آب در محیط‌های پرتوزا که در جهان اولیه، اطراف مناطق سرد و پرجرمِ ستاره‌زایی رایج بودند، راحت‌تر شکل می‌گیرد.

پیش از تحلیل جدید، پژوهشگران با استفاده از مسیر حرکت و سرعت اطلس تخمین زده بودند که سن این دنباله‌دار باید بین ۳ تا ۱۱ میلیارد سال باشد. اکنون با این شواهد مستقل جدید، منشأ باستانی آن تقریباً تأیید شده است. این جرم از منظومه شمسی قدیمی‌تر و درواقع قدیمی‌ترین دنباله‌داری است که تاکنون دیده‌ایم.

سوزان فالسنر، اخترفیزیک‌دان مرکز ابرکامپیوتر یولیش آلمان که در پژوهش مشارکت نداشت، می‌گوید سن بسیار بالای این دنباله‌دار نشان می‌دهد که مواد اولیه‌ی ساخت سیاره‌ها تنها حدود دو میلیارد سال پس از بیگ‌بنگ وجود داشته است. او می‌گوید حتی قدرتمندترین تلسکوپ‌ها هم نمی‌توانند اجرامی به اندازه‌ی دنباله‌دارها را در منظومه‌های ستاره‌ای باستانی ببینند. درنتیجه، اجرامی که از محیط میان‌ستاره‌ای به منظومه ما می‌آیند، تنها مدرکی هستند که وجود چنین مرحله‌ای را نشان می‌دهند.

تا آن زمان، بینش‌های تازه درباره‌ی اطلس بهترین تصویر موجود را از ترکیب دیگر منظومه‌های سیاره‌ای و شرایط شکل‌گیری آن‌ها به اخترشناسان می‌دهد. کوردینر می‌گوید: «ما منظومه شمسی خودمان را در کهکشان منحصربه‌فرد می‌دانیم» و هنوز تنها منظومه‌ی سیاره‌ای شناخته‌شده‌ای است که قابلیت میزبانی از حیات را دارد. اما با هر جرم میان‌ستاره‌ای، «درک بهتری از احتمال شکل‌گیری اجرام سیاره‌ای در نقاط دیگر که می‌توانند شرایط لازم برای میزبانی از حیات داشته باشند،‌ پیدا می‌کنیم.»

مطالعه ۲۲ ژوئن در مجله نیچر منتشر شد.