La ענן ענק N159 זוהי אחת מאותן פינות ביקום שמשאירות אפילו את אלה המורגלים להביט בשמיים ללא מילים. אזור קולוסאלי זה של גז ואבק, הממוקם בגלקסיה הסמוכה לשביל החלב, הוא ממש משתלה של כוכבים שבה הטבע הקוסמי פועל בקנה מידה גדול, ומפסל מבנים עצומים ממימן קר וקרינה עזה.
בתצפיות האחרונות שנעשו עם ה- טלסקופ החלל האובליN159, המופעל במשותף על ידי נאס"א וסוכנות החלל האירופית (ESA), מוכיח את עצמו כמעבדה מושלמת להבנת האופן שבו נולדים הכוכבים המאסיביים ביותר. התמונה החדשה, שלמה יותר מזו שפורסמה לפני מספר שנים, משלבת מספר מסננים ואורכי גל כדי לחשוף פרטים שהיו נסתרים בעבר, החל מענני גז מיונן אדמדמים ועד בועות שנוצרו על ידי רוחות כוכבים חזקות.
היכן נמצא הענן הענק N159 ומה הופך אותו לכל כך מיוחד?
האזור המכונה N159 ממוקם ב ענן מגלן גדולגלקסיה ננסית המקיפה את שביל החלב שלנו, היא אחת הגלקסיות הקרובות ביותר לבית הגלקסיה שלנו. גלקסיית לוויין זו, הנראית מחצי הכדור הדרומי, ממוקמת בערך 160.000 שנות אור מרחק לכיוון קבוצת הכוכבים דוראדו, אזור בשמיים הדרומיים העשיר בעצמים בעלי עניין אסטרונומי.
בתוך הענן המגלני הגדול, N159 בולט בזכות היותו אחד מאזורי יצירת הכוכבים הגדולים והמסיביים ביותר הידועים שם. זו אינה ערפילית מבודדת פשוטה, אלא קומפלקס ענק שבו נוצרים דורות שלמים של כוכבים. אזור זה מסווג כאזור H II, כלומר, אזור שבו מימן מיונן עקב קרינה עזה מכוכבים צעירים אנרגטיים מאוד.
למרות שתמונת האבל האחרונה מציגה רק חלק קטן מהקבוצה, כל קומפלקס N159 משתרע על פני יותר מ-150 שנות אור.כדי לתת לך מושג, המרחק הזה הוא כמעט גדול פי 10 מיליון שמפריד בין כדור הארץ לשמש. זה כמו לנסות לדמיין שכונה של כוכבים כל כך גדולים שמערכת השמש שלנו תיראה קטנה עד גיחוך בהשוואה.
מדרום למפורסם ערפילית הטרנטולה — אזור נוסף של היווצרות כוכבים קיצונית באותה גלקסיה—, N159 הוא חלק משרשרת של אזורים פעילים שבהם חומר בין-כוכבי הופך ללא הרף לכוכבים חדשים. קשר זה עם ערפיליות שכנות אחרות הופך את N159 למפתח לחקר האופן שבו תהליכי היווצרות כוכבים מאורגנים ומקושרים בגלקסיות בעלות תכונות שונות משל שביל החלב.
יתר על כן, לענן המגלני הגדול יש הרכב כימי דל יותר במתכות (יסודות כבדים יותר מהליום) מאשר הגלקסיה שלנו. פרט זה, שעשוי להיראות מינורי, משפיע באופן משמעותי על האופן שבו הגז מתקרר, כיצד הוא קורס תחת כוח הכבידה, וכיצד הכוכבים שנולדים שם מתפתחים, מה שהופך את N159 לסביבה מעניינת במיוחד להשוואה עם אזורי יצירת הכוכבים של שביל החלב.
מפעל כוכבים ענק בפעילות מלאה
בלב כביש N159 אנו מוצאים ענן ענק של גז מימן קרתחת השפעת טמפרטורות נמוכות מאוד ולחץ כבידה מתמיד, שיווי משקל רעוע זה גורם לגז להתרכז ולקרוס באזורים מסוימים, מה שמוביל ליצירת ליבות צפופות שבהן מתחילים התהליכים שיובילו ללידת כוכבים חדשים.
מתי אתה פרוטוסטארים ככל שהם צוברים מספיק מסה, הטמפרטורה והלחץ בתוכם עולים עד להצתת היתוך גרעיני. בנקודה זו, הם מתחילים לזרוח באור משלהם ולהפוך לכוכבים צעירים. ב-N159, רבים מהכוכבים החדשים הללו הם בעלי מסה וחמים במיוחד, ולכן הם פולטים כמויות עצומות של קרינה אולטרה סגולה המסוגלת לשנות לחלוטין את סביבתם הקרובה.
נוכחותם של כל כך הרבה כוכבים מסיביים שזה עתה נוצרו זה הופך את האזור למפעל אור של ממש. האנרגיה שלו לא רק מאירה את העננים שמסביב, אלא גם מפסלת את הגז והאבק, ויוצרת חללים, גלים ומבנים מורכבים המזכירים מערבולת קוסמית. זהו תהליך מתמשך: גז יוצר כוכבים, כוכבים משנים את הגז, ועם הזמן, פערים נפתחים, ויוצרים תנאים חדשים להיווצרות כוכבים נוספים.
באזורים מסוג זה, קצב היווצרות הכוכבים גבוה במיוחד, כלומר, בטווח זמן אסטרונומי, N159 יכול לגרום ל... צבירי כוכבים עצומים נוצרו כמעט בו זמנית. רבים מהצבירים הללו יכילו כוכבים כה מאסיביים עד שיחיו חיים קצרים מאוד בהשוואה לשמש, ובסופו של דבר יתפוצצו כסופרנובות, ויעשירו את הסביבה ביסודות כבדים שלא היו קיימים קודם לכן.
כל זה הופך את ה-N159 ל דוגמא מושלמת כיצד חומר ממוחזר בגלקסיה: המימן הקר הראשוני מפנה את מקומו לכוכבים חמים, כוכבים אלה מתערבבים ופולטים חלק מהגז, ובסוף חייהם מחזירים חומרים לתווך הבין-כוכבי, שבעתיד ייצרו דורות חדשים של כוכבים, ואולי גם מערכות כוכבי לכת.
צבעי N159: מימן מעורר, אבק וגז מפוסל
אחד ההיבטים הבולטים ביותר בתמונת האבל של N159 הוא צבע אדום עז אשר שולט בחלק גדול מהשדה. שאדום אינו גחמה אסתטית: הוא מתאים לאור הנפלט על ידי אטומי מימן מעוררים, סוג של קרינה שאליה טלסקופ החלל רגיש במיוחד הודות למסננים הספציפיים שלו.
כאשר קרינה אולטרה סגולה מ כוכבים צעירים לוהטים האור פוגע בענני מימן, מיינן את האטומים, ולאחר מכן, באמצעות רקומבינציה, הגז פולט אור באורכי גל ספציפיים מאוד, הנתפסים כגוונים אדמדמים. פליטה זו אופיינית לאזורי מימן II ומאפשרת למדענים למפות בדיוק רב היכן מרוכז גז מיונן סביב כוכבים מסיביים.
בחלק המרכזי ובצד שמאל של התמונה ניתן לראות עננים מתנפנפים של אדום בוהק עננים אלה מתפשטים ויוצרים מבנים לא סדירים. אזורים מסוימים כה צפופים עד שהם נראים כמעט אטומים, ומסתירים צבירי כוכבים בתהליך היווצרותם. באזורים אחרים, הגז דליל יותר או שהוא נשחק, הופך לשקוף למחצה וחושף כוכבים מאחורי הענן או בתוכו.
לצד אזורים אדמדמים אלה, ניתן להבחין בבא כתמים כהים קטנים מפוזרים על פני השדה, כמו גם ענן גדול של גוונים כחלחלים ממש מתחת למרכז התמונה. כתמים כהים אלה תואמים ריכוזים של אבק דחוס מאוד וגז קר, החוסמים חלק מהאור המגיע מאחור. אבק זה לא רק מעמעם את האור אלא גם מנתב את הגז לזרמים צרים המזינים את הפרוטוסטארים, שעדיין אינם נראים באור אופטי.
בתחתית המסגרת, הצבע מתרכך ומקבל גוון כחול חיווראזור קריר יותר זה מפזר אור בצורה שונה, משפר אורכי גל קצרים יותר ומאפשר לנו להבחין בניגוד ברור בין האזורים החמים יותר, הנשלטים על ידי הזוהר האדום של מימן מיונן, לבין האזורים הקרים יותר, שבהם החומר פחות מעורר. הבדל זה, שעשוי להיראות אסתטי בלבד, הוא המפתח להבנת האופן שבו טמפרטורת הגז קובעת את המסה וסוג הכוכבים שנוצרים בסופו של דבר.
בועות, משוב כוכבים ו"מפעלי אור"
אם יש מאפיין אחד שמושך תשומת לב רבה ב-N159, זוהי נוכחותו של בועות שקופות או אדמדמות שנראה כי הוא מקיף כמה מהכוכבים הבהירים ביותר. חללים אלה הם תוצאה ישירה של תהליך המכונה משוב מעולה, שבו כוכבים צעירים מעצבים מחדש את הסביבה באמצעות קרינה ורוחות עזות.
כאשר כוכב ענק שזה עתה נולד מתחיל לפלוט קרינה בעלת אנרגיה גבוההזה לא רק מאיר באופן פסיבי את הגז שמסביב. זה גם משחרר רוחות כוכבים חזקות מאוד, זרמים של חלקיקים טעונים שסוחפים את הענן שמסביב ודוחפים את הגז החוצה. עם הזמן, דחיפה זו הופכת כה חזקה עד שהיא יוצרת חלל כמעט חלול, מעין קליפה או בועה שבמרכזה הכוכב.
בתמונת האבל, חלק מהכוכבים נראים עטופים בהילה אדמדמה קלושה, בעוד שאחרים כן. בלב בועות מוגדרות יותרהיכן שפנים החלל יחסית צלול והרקע הכהה של החלל נראה לעין. קצוות הבועות הללו מסמנים את האזורים שבהם הגז הנפלט מצטבר, מתקרר ויכול לקרוס שוב בעתיד, וליצור דורות חדשים של כוכבים.
מנגנון זה יוצר סוג של לולאת משובהכוכבים שכבר יצרו מחממים ושוחקים את הענן, מונעים מהגז לקרוס מהר מדי במקום אחד, ובמקביל מפזרים מחדש את החומר, ויוצרים הזדמנויות להופעת גרעינים נוספים באזורים סמוכים. התוצאה היא סביבה שבה עשרות או מאות בועות חופפות מתקיימות יחד, מה שיוצר מה שדומה ויזואלית ל"מפעל אור" של ממש.
רבים מהמבנים הכדוריים או החצי-כדוריים הללו זוהו ב-N159, חלקם קשורים ל צבירים של כוכבים צעירים מאודכל בועה מספרת סיפור שונה על האיזון בין האנרגיה הנפלטת על ידי כוכבים לבין ההתנגדות של הגז שמסביב. יחד, הם מציירים מארג של דפוסים מסתחררים החושפים את האלימות והדינמיות העצומות של תהליך היווצרות כוכבים בקנה מידה גדול.
ערפילית ה"פרפר" ומבנים אחרים בתוך N159
מבין הצורות הרבות שניתן להבחין בהן ב-N159, אחת המוזרות ביותר היא ערפילית בצורת פרפר ממוקם בחלק השמאלי העליון של האזור המרכזי. מבנה זה, המכונה ערפילית הפפילון (פרפר בצרפתית), זוהה לראשונה הודות לתמונות של האבל ומאמינים שהוא מכיל כוכבים מסיביים בשלב מוקדם מאוד של האבולוציה.
ערפילית הפפילון מאופיינת על ידי צורה קומפקטית של גז מיונן הוא משתרע משני צידי ציר מרכזי, ודומה לכנפי פרפר פתוחות. בפנים, הגז והאבק מעוצבים באופן אינטנסיבי על ידי הקרינה מכוכב צעיר מאוד אחד או יותר, שעדיין מוסתרים חלקית מאחורי מעטפות של חומר צפוף.
מבנה קטן זה, המוטמע בתוך הענן העצום של N159, הוא דוגמה טובה לאופן שבו יסודות שונים יכולים להתקיים יחד באותו קומפלקס. שלבים שונים של מחזור החיים של הכוכבבעוד שבאזורים מסוימים יש כוכבים בוגרים ובועות מוגדרות היטב, אחרים, כמו פפיון, מראים אירועים עדכניים יותר של קריסה ולידת כוכבים שבהם הסביבה טרם נוקתה לחלוטין על ידי רוחות וקרינה.
בנוסף לערפילית הפרפר, שדה הכוכבים שנתפס על ידי האבל מציג צבירים מפוזרים, ריכוזי אבק כהה וסיבים מעוותים החושפים את תנועת הגז תחת פעולה משולבת של כוח הכבידה, הקרינה וגלי הלם. באזור הימני של התמונה, למשל, ניתן לראות אזור גז ברור הרבה יותר, שבו שולטים כוכבים דמויי נקודות, חלקם שייכים ל-N159 ואחרים ממוקמים ברקע או אפילו רחוקים הרבה יותר, ברקע היקום.
ניגוד זה בין אזורים צפופים לאזורים מדולדלים מסייע לשחזר את ההיסטוריה האחרונה של המתחם: האזורים עם פחות גז הם כנראה אלה שבהם פעילות כוכבים בעבר הוא כבר פינה חלק ניכר מהחומר, והותיר אחריו נוף של כוכבים חשופים ובועות ישנות, בעוד שהאזורים שעדיין רוויים בגז ואבק מצביעים על אפיזודות של היווצרות כוכבים שהן בעיצומן או שעדיין יגיעו.
כיצד האבל צפה בענן הענק N159
El טלסקופ החלל האובלי היא צפו באזור N159 במספר הזדמנויות, ואחד הקמפיינים הבולטים ביותר פורסם בשנת 2016. מערך הנתונים הראשון כבר הציע תצוגה מרשימה של הענן הענק, אך ה- תמונה חדשה הגרסה המאוחרת יותר משלבת אורך גל נוסף המאפשר הדגשה ברורה יותר של הגז החם המקיף כוכבים שזה עתה נוצרו.
כדי לקבל תצוגה מפורטת זו, האבל השתמש בעיקר ב... מצלמה מתקדמת לסקרים (ACS) ו- מצלמת שדה רחב 3 (WFC3), שניהם מצוידים במסננים המסוגלים לבודד טווחים שונים של ספקטרום האור. אחד המסננים בהם נעשה שימוש לוכד מגוון רחב של צבעים מסביב 555 ננומטר, אורך גל ביניים המשמש למיפוי שדה הכוכבים כולו, ומציג כוכבים צעירים וכוכבים בגיל העמידה כאחד.
מסנן מפתח נוסף פועל סביב ה- 814 ננומטרבתחום הקרוב לאינפרא אדום, הדבר מאפשר זיהוי של כוכבים ישנים וקרים יותר, הנראים במיוחד בצד ימין של התמונה, שם גז פחות שופע. בדרך זו, אסטרונומים יכולים להבחין טוב יותר אילו כוכבים שייכים לאוכלוסייה החדשה יותר ואילו שייכים לדורות קודמים, שכבר השתלבו בסביבת הענן המגלני הגדול.
המסנן השלישי מתמקד ב- פליטה ספציפית של מימן מיונןאחראים על המאפיין האדום העז של אזורי יצירת כוכבים. על ידי שילוב שלושת הערוצים הללו, מדענים משיגים ייצוג צבעים שהוא לא רק מרהיב מבחינה ויזואלית, אלא גם מכיל כמות עצומה של מידע פיזיקלי על טמפרטורה, צפיפות גז ופיזור אוכלוסיות כוכבים שונות.
ההשוואה בין התמונה משנת 2016 לגרסה העדכנית יותר, המשופרת באורך הגל הנוסף, משמשת להדגשת האופן שבו ה- גז חם הוא מצטבר סביב הכוכבים הצעירים ביותר, ותוחם את הבועות שלהם ואת האזורים שבהם המשוב הכוכבי הוא העז ביותר. סוג זה של נתונים הוא בסיסי לבניית מודלים תיאורטיים המסבירים בצורה מדויקת יותר כיצד מתפתח אזור יצירת כוכבים מורכב כמו N159.
סביבה ייחודית לחקר היווצרות כוכבים
N159 אינו רק נוף יפהפה להערצה; הוא, מעל הכל, מעבדה טבעית יוצאת דופן זה מאפשר לאסטרונומים לבחון את התיאוריות שלהם לגבי היווצרות כוכבים בתנאים שונים מאלה שבגלקסיית שביל החלב. גלקסיה הממוקמת בענן המגלני הגדול, בעלת תכולת מתכות נמוכה יותר, התנהגות הגז, תהליך הקירור ויעילות היווצרות הכוכבים משתנים באופן משמעותי.
בסביבות עם פחות מתכות, ה גז בין-כוכבי מתקרר בצורה שונהדבר זה יכול להעדיף את הופעתם של כוכבים מסיביים יותר או לשנות את קצב היווצרות צבירי כוכבים. לימוד N159 מאפשר לנו לקבוע את המידה שבה גורמים אלה משפיעים על גודלם, מסתם ופיזורם של כוכבים שזה עתה נולדו, וכמה מהר גז ממוחזר לדורות חדשים של כוכבים.
יתר על כן, השילוב של מבנים שונים בתוך אותו קומפלקס - מבועות מוגדרות היטב ועד גרעינים צעירים מאוד כמו ערפילית הפפילון - מציע... רצף כמעט שלם של שלבי אבולוציוניים בתוך אותה סביבה. זה מקל על מעקב אחר המסלול מהקריסה הראשונית של הגז הקר ועד להופעת כוכבים אנרגטיים מאוד, ומאוחר יותר, לפינוי החומר שמסביב.
היבט רלוונטי נוסף הוא תפקידו של אבק קוסמי בתהליך זה. הפסים הכהים שחוצים את החלקים הבהירים יותר של התמונה לא רק מסתירים כוכבים, אלא גם מכוונים את זרימת הגז לערוצים צרים יותר, "מזינים" פרוטוסטארים. הבנת האופן שבו אבק זה מתפזר וכיצד הוא מקיים אינטראקציה עם קרינה ורוחות כוכבים היא המפתח לשיפור מודלים של היווצרות כוכבים עבור כוכבים בעלי מסות שונות.
הודות לתצפיות מפורטות כמו אלו של האבל, N159 הפכה לנקודת ייחוס להשוואת האופן שבו כוכבים נולדים גלקסיות קרובות אך נפרדותולהכין את הקרקע טלסקופי חלל מודרניים יותר, אשר יוכלו לחקור אזורים אלה ברגישות רבה יותר ובאורכי גל אחרים, כגון אינפרא אדום עמוק.
כל הנתונים והפרשנויות הללו הופכים את N159 להרבה יותר מגלויה קוסמית יפהפייה: זוהי שטח ניסויים אותנטי שם מתעדנים רעיונות לגבי האופן שבו היקום הופך, שוב ושוב, ענני גז שקטים לכאורה, לנחילים של כוכבים בהירים אשר עם הזמן עשויים לארח כוכבי לכת, דיסקות אבק, ומי יודע, אולי צורות חיים בפינה רחוקה כלשהי.
הענן הענק N159, עם שלו בועות מימן אדומות, צבירים צעירים, אזורים כחולים קרירים יותר ומבנים מוזרים כמו ערפילית הפפילוןזה מסכם בצורה מושלמת את מעגל הלידה והטרנספורמציה הבלתי פוסק השולט בקוסמוס: מפעל עצום של אור שבו מימן קר הופך לכוכבים בוערים, רוחות כוכבים מעצבות מחדש את הנוף וכל דור של כוכבים מכין את הקרקע לדור הבא, בתהליך שחוזר על עצמו ברחבי היקום במשך מיליארדי שנים.
