کشف مولکول‌های آلی پیچیده سالم در بقایای ابرنواختری توسط «آلما»، بازنویسی نظریه شکل‌گیری ستارگان

مرگ خشن یک ستاره پرجرم به طور جهانی به عنوان یکی از مخرب‌ترین نیروها در کیهان شناخته می‌شود. هنگامی که یک ستاره تبدیل به ابرنواختر می‌شود، محیط اطراف خود را با پرتوهای کیهانی شدید، اشعه ایکس استریل‌کننده و امواج شوک با سرعت هزاران کیلومتر در ثانیه پر می‌کند. برای دهه‌ها، اخترفیزیکدانان فرض می‌کردند که چنین بازخوردهای شدیدی هر ساختار شیمیایی شکننده نزدیک را از بین می‌برد و عملاً صفحه را برای هر شکل‌گیری ستاره‌ای بعدی پاک می‌کند. با این حال، یک مشاهده جدید و پیشگامانه این فرض را رد کرده و نشان می‌دهد که پیش‌سازهای مولکولی ظریف حیات می‌توانند کاملاً سالم در داخل بقایای یک انفجار ستاره‌ای زنده بمانند.[1][3]

با استفاده از آرایه بزرگ میلیمتری/زیرمیلیمتری آتاکاما (ALMA) در شیلی، یک تیم بین‌المللی از اخترشناسان دو «هسته داغ» را در عمق بقایای ابرنواختری RX J1713.7−3946 کشف کرده‌اند. هسته‌های داغ، پیله‌های متراکم و گرمی از گاز مولکولی هستند که پروتواستار‌های تازه متولد شده را احاطه کرده و تغذیه می‌کنند. در حالی که این مهدکودک‌های ستاره‌ای در مناطق آرام کهکشان راه شیری رایج هستند، این اولین باری است که آنها در داخل پیامدهای آشفته یک ابرنواختر کشف می‌شوند.[1][2]

بقایای ابرنواختری مورد بحث تقریباً ۳۶۰۰ سال نوری از زمین فاصله دارد. سوابق نجومی تاریخی چین نشان می‌دهد که ستاره اصلی تقریباً ۱۶۰۰ سال پیش منفجر شده است، که آن را به یک بقایای نسبتاً جوان و بسیار پرانرژی تبدیل می‌کند. محیط داخل پوسته اشعه ایکس در حال انبساط این بقایا به طور استثنایی خشن است و با تابش شدید و تلاطمی مشخص می‌شود که از لحاظ نظری باید مولکول‌های پیچیده را از هم بپاشد.[2]

برای دیدن از میان این آوار، تیم تحقیقاتی به رهبری اخترشناس تاکاشی شیمونیشی از دانشگاه نیگاتا، از حساسیت بی‌سابقه و وضوح زاویه‌ای ۰.۵ ثانیه قوسی آلما استفاده کرد. این امر به آنها اجازه داد تا هسته‌های داغ فشرده، با نام‌های HC1 و HC2، را که کمتر از ۵۰۰ واحد نجومی عرض دارند، تفکیک کنند. در داخل این پیله‌های محکم، گاز متراکم است، که از ده میلیون ذره در هر سانتی‌متر مکعب فراتر می‌رود، و به طور غیرمعمولی گرم است، به طوری که دما به بالای ۱۰۰ کلوین می‌رسد.[2]

تکان‌دهنده‌ترین کشف زمانی آشکار شد که تیم، طیف شیمیایی ساطع شده از هسته‌ها را تجزیه و تحلیل کرد. آلما به جای یافتن یک چشم‌انداز بایر از قطعات اتمی شکسته، مجموعه‌ای غنی و متنوع از مولکول‌های آلی پیچیده را شناسایی کرد. امضاهای طیفی انواع گونه‌های حاوی کربن، اکسیژن، نیتروژن، گوگرد و سیلیکون، از جمله آب، متانول و ترکیبات آلی بزرگتر را که به عنوان بلوک‌های سازنده اساسی برای شیمی سیاره‌ای عمل می‌کنند، نشان داد.[1][3]

بقا و زنده ماندن این مولکول‌ها تنها نیمی از داستان است؛ فراوانی نسبی آنها نیز به همان اندازه عمیق است. تجزیه و تحلیل دقیق تحریک هسته HC1 نشان داد که نسبت مولکول‌های آلی پیچیده، مانند متیل فرمات و دی‌متیل اتر نسبت به متانول، عملاً با آنچه در مناطق معمولی و آرام شکل‌گیری ستاره اندازه‌گیری می‌شود، قابل تشخیص نیست. بازخورد شدید ابرنواختر ترکیب شیمیایی پیله را به طور محسوسی تغییر نداده است.

شیمونیشی در یافته‌های تیم خاطرنشان کرد: «این مشاهدات نشان می‌دهد که حتی در محیط خشن بقایای ابرنواختری، ستارگان تازه متولد شده می‌توانند در داخل پیله‌های زایشی خود به خوبی محافظت شوند و ترکیب مولکولی غنی خود را حفظ کنند.» این داده‌ها شواهد ملموسی ارائه می‌دهند که پیچیدگی شیمیایی مورد نیاز برای سکونت‌پذیری نهایی به راحتی توسط خشونت ستاره‌ای پاک نمی‌شود.[3]

مکانیزم پشت این حفظ و نگهداری قابل توجه اکنون موضوع بحث شدید نظری است. چگونه این ساختارهای مولکولی شکننده در برابر بمباران بی‌امان ذرات پرانرژی مقاومت می‌کنند؟ تیم تحقیقاتی دو فرضیه اصلی را برای توضیح بقای هسته‌های داغ پیشنهاد کرده است.[1][2]

فرضیه اول بر زمان‌بندی قرار گرفتن در معرض تمرکز دارد. از آنجا که ابرنواختر تنها ۱۶۰۰ سال پیش رخ داده است، ممکن است موج شوک در حال انبساط تنها اخیراً توده‌های مولکولی متراکم از قبل موجود را در بر گرفته باشد. در این سناریو، هسته‌های داغ به سادگی به اندازه کافی در معرض تابش ابرنواختر قرار نگرفته‌اند تا دچار تخریب مولکولی قابل توجهی شوند. موجودی شیمیایی دست نخورده است زیرا فرآیند تخریب تازه شروع شده است.[1][2]

فرضیه دوم، که ساختاری‌تر است، شامل محافظت مغناطیسی است. هنگامی که موج شوک ابرنواختر به محیط میان‌ستاره‌ای اطراف برخورد می‌کند، گاز را فشرده کرده و میدان‌های مغناطیسی محلی را به شدت تقویت می‌کند. محققان پیشنهاد می‌کنند که این میدان‌های مغناطیسی تقویت شده می‌توانند اطراف هسته‌های مولکولی متراکم را بپوشانند و عملاً یک سپر مغناطیسی ایجاد کنند که پرتوهای کیهانی ورودی را منحرف کرده و از نفوذ آنها به عمق پیله ستاره‌ای جلوگیری می‌کند.[2]

درک اینکه کدام یک از این مکانیزم‌ها در حال کار است، یا اینکه آیا هر دو به صورت همزمان عمل می‌کنند، پیامدهای عمیقی برای تاریخچه منظومه شمسی خود ما دارد. سال‌هاست که دانشمندان سیاره‌ای شهاب‌سنگ‌های اولیه را تجزیه و تحلیل کرده و ایزوتوپ‌های رادیواکتیو خاصی مانند آهن-۶۰ و آلومینیوم-۲۶ را در آنها یافته‌اند. وجود این ایزوتوپ‌های کوتاه‌عمر به شدت نشان می‌دهد که خورشید و سیارات آن در منطقه‌ای شکل گرفته‌اند که مستقیماً توسط یک انفجار ابرنواختری نزدیک تابش شده است.[3]

این شواهد شهاب‌سنگی مدت‌هاست که یک پارادوکس را مطرح کرده است: اگر یک ابرنواختر به اندازه کافی نزدیک بود که منظومه شمسی اولیه را با عناصر رادیواکتیو سنگین پر کند، چرا موج شوک آن مولکول‌های آلی ظریفی را که در نهایت به ظهور حیات روی زمین کمک کردند، از بین نبرد؟ مشاهدات آلما از RX J1713.7−3946 اولین راه‌حل مشاهده‌ای برای این پارادوکس را ارائه می‌دهد.[3]

با نشان دادن اینکه هسته‌های داغ می‌توانند به عنوان پناهگاه‌های به شدت مستحکم عمل کنند، داده‌های جدید دقیقاً نشان می‌دهند که چگونه منظومه شمسی اولیه می‌توانست در همسایگی خشن خود زنده بماند. پیله زایشی خورشید احتمالاً شیمی داخلی آن را از بدترین تابش ابرنواختر محافظت کرده است، در حالی که همچنان به مواد پرتابی رادیواکتیو پرسرعت اجازه داده تا با لایه‌های بیرونی ابر در حال فروپاشی مخلوط شوند.[2]

در حالی که این کشف یک لحظه برجسته برای اخترشیمی است، محققان سریعاً بر عدم قطعیت‌های شفافی که باقی مانده‌اند، تأکید می‌کنند. شناسایی HC1 و HC2 نشان‌دهنده اندازه نمونه‌ای دقیقاً دو عدد است. هنوز مشخص نیست که آیا بقای مواد آلی پیچیده یک ویژگی جهانی در تمام شکل‌گیری‌های ستاره‌ای مجاور ابرنواختر است، یا اینکه این دو هسته از یک هم‌ترازی نادر از تراکم، میدان‌های مغناطیسی و زمان‌بندی بهره برده‌اند.[2]

برای ایجاد یک پایه شواهد قوی‌تر، اخترشناسان باید بقایای ابرنواختری جوان دیگر را در سراسر کهکشان راه شیری هدف قرار دهند. محققان امیدوارند با مشاهده هسته‌های داغ در فواصل مختلف از مراکز انفجار، و در سنین مختلف بقایای ابرنواختری، آستانه دقیقی را که در آن پیله‌های محافظ در نهایت شکست می‌خورند و تخریب مولکولی آغاز می‌شود، ترسیم کنند.[1]

در حال حاضر، داده‌های آلما گواهی بر انعطاف‌پذیری شیمی کیهانی است. بلوک‌های سازنده سیارات و حیات برای ریشه گرفتن نیازی به محیطی کاملاً آرام ندارند. حتی در منطقه انفجار فوری خشن‌ترین انفجارهای کیهان، مواد لازم برای جهان‌های آینده با خیال راحت در جای خود قفل شده‌اند و منتظرند تا گرد و غبار فرو بنشیند.[1][3]