سحابی های سیاره نما چگونه شکل می گیرند؟

طی دهه ی گذشته، اخترشناسان شکل های گوناگون سحابی های سیاره نما را رمزگشایی کرده اند. حال می دانیم که چرا این تابوت های کیهانی به چنین شکل های عجیبی دیده می شوند.
سحابی های سیاره نما آخرین نفس نفس زدن های ستاره های در حال مرگ اند. این ابرهای گاز یونیزه شده به رنگ های زیبا و شب تابی می درخشند و نورشان را از خاکستر نیم سوز اجساد ستاره های درون شان می گیرند.سحابی های سیاره نما منجمان آماتور را افسون می کنند، زیرا بیشترشان درخشان اند با تلسکوپ های کوچک هم به راحتی دیده می شوند-حتی از مناطقی با آلودگی نوری متوسط، طول عمر کوتاه آنها-که نسبت به عمر میلیارد ساله ی ستاره ها فقط حدود 50 هزار سال است-نگاهی سریع به تحولات ستاره ای را ممکن می سازد.آنها آخر داستان زندگی خورشید ما را بازگو می کنند.
تقریباً همه ی ستاره ها روزی سحابی سیاره نما می شوند.و اخترشناسان همین تازگی هاست که جزییات چگونگی تشکیل و تحول این اجرام را دریافته اند.

شکل های گوناگون
 
یکی از حوزه های مهم در تحقیقات درباره ی سحابی های سیاره نما واقعاً به پایان رسیده است.اخترشناسان راز شکل های گوناگون آنها را گشوده اند.این نخستین گام در درک دیگر رازهای پیچیده تر آنهاست.طی تاریخ کاوش های جهان و کیهان، دانشمندان ابتدا اجرام را فهرست نویسی و طبقه بندی کرده اند و سپس به سوی درک ژرف تر آنها پیش رفته اند.
فهرست نویسی سحابی های سیاره نما، دست کم درون راه شیری، تقریباً انجام شده است.اخترشناسان اکنون بیش از 3000 سحابی سیاره نما درون کهکشان خودمان می شناسند که 500 تای آنها به اندازه ی کافی درخشان اند که بتوان با تلسکوپ های آماتوری آنها را رصد وعکاسی کرد.(افزون بر این، چند سحابی سیاره نما نیز در کهکشان های نزدیک فهرست نویسی شده اند)طی 20 سال گذشته، گروهی از اخترشناسان بر تحقیق درباره ی سحابی های سیاره نما متمرکز بوده اند. بروس بلیک از دانشگاه واشینگتن، آدام فرانک از دانشگاه روچستر، ماریولیویو از موسسه ی علوم تلسکوپ فضایی، و برخی دیگر به بررسی فرایندهای شکل گیری سحابی های سیاره نما پرداخته اند.

به طور خلاصه، سحابی سیاره نما زمانی شکل می گیرد که ستاره ای هم جرم خورشید سوخت هسته ای خود را به پایان برساند و وارد مرحله ی پیری بشود.پس از این که ترتیب عادی رویدادها چنین ستاره ای را به غول سرخ تبدیل کرد، هسته اش تبدیل به توده ای کربنی به اندازه ی زمین می شود.در این هسته هم جوشی به صورت نامنظم آغاز می شود و ستاره شروع به پرتاب پوسته ها یا فوران های گازی به فضای اطراف خود می کند.

پوسته های گازی با سرعت بسیار در فضای اطراف گسترده می شوند و با درخشش به سبب یونیزاسیون و نفوذ به میان ماده ی میان ستاره ای، نمایشی زیبا اجرا می کنند و تعداد بسیاری شکل ها و الگوهای پیچیده و زیبا را می آفرینند. چگونه می توانیم به روشی منسجم و سازمان یافته سر از راز این اشکال در آوریم؟

سحابی های سیاره نما:نخستین روزها
 
حدود 225 سال این پرسش، که سحابی های سیاره نما اصلاً چیستند و چگونه شکل می گیرند، مبهم باقی مانده بود. گویی برای این که بیشتر بر پریشانی و ابهام درباره ی این اجرام تأکید شود، نام خنده دار «سحابی های سیاره نما» برای آنها اجتناب شد!سحابی های سیاره نما هیچ ارتباطی با سیاره ها ندارند.
این نام در قرن هجدهم و زمانی پدیدار شد که بسیاری از رصدگران، که اتفاقی با این اجرام برخورد می کردند، بر این عقیده بودند که ساختارهای قرص-مانند آنها، که برخی شان هم به رنگ غلیظ سبز-آبی دیده می شدند، بسیار شبیه سیاراتی است که در تلسکوپ های خود می دیدند.شکارچی فرانسوی معروف دنباله دارها، شارل مسیه، نخستین سحابی سیاره نما را در سال 1764 میلادی رصد و وارد فهرست کرد.این جرم سحابی دمبل در صورت فلکی روباهک بود که در فهرست معروف اجرام مسیه شماره 27 را گرفت. مسیه این فهرست را از اجرامی تهیه کرد که به نظر او ممکن بود در حین جستجوی دنباله دارها با آنها اشتباه گرفته شوند.
سحابی های سیاره نمای بعدی هم به مرور کشف شدند، هرچند که سرعت این اکتشافات نسبت به دیگر اجرام ژرف آسمان کمتر بود؛ بیشتر به این سبب که سحابی های سیاره نما اغلب نسبت به خوشه های ستاره ای، سحابی های نشری و بازتابی، و کهکشان ها کوچک ترند.ویلیام هرشمل در یافتن سحابی های سیاره نما موفق ترین رصدگر بود، حتی با این که نمی دانست آنها چیستند و این نام را برای سحابی های گرد و کوچکی به کار برد که او را به یاد اورانوس می انداختند.

اخترشناسان آماتور بریتانیایی، ویلیام هاگینز، در میانه ی قرن 19 با نشانه گرفتن دستگاه طیف سنج به سوی بسیاری از سحابی ها، مطالعه ی سحابی ها را گامی به پیش برد.در سال 1864 میلادی، هاگینز به مطالعه ی روش مند ستاره ها و سحابی ها پرداخت و دریافت که آنها از لحاظ ساختار گازی به خورشید شبیه اند.او با دقت6543 NGCدر صورت فلکی اژدها را بررسی کرد و «فقط یک تک خط درخشان»در طیف آن یافت.او در یادداشت های خود اعلام کرد که :«معمای این سحابی حل شد.پاسخ، که به همراه خود نور به ما رسیده، چنین است:این جرم تجمعی از ستاره ها نیست، بلکه گازی درخشان است».
در قرن بیستم، با ظهور اخترفیزیک نوین، مطالعه ی سحابی های سیاره نما نیز به جلو «پرتاب»شد.البته در سال 1918 میلادی، کمتر از 100 سحابی سیاره نما شناخته شده بود و اخترشناسان هنوز ماهیت کهکشان ها را نمی شناختند.تعداد کمی از اخترشناسان حرفه ای متخصص بررسی سحابی های سیاره نما بودند و بنابراین تا همین اواخر فهرستی کلی از این اجرام وجود نداشت و سحابی های سیاره نما در میان فهرست های گوناگون پراکنده بودند.
در سال 1967/1346، این کمبود برطرف شد و این زمانی بود که اخترشناسان به نام های لوبس پرک و لوبس کوهوتک (که دنباله دار مشهور کوهوتک به نام اوست)فهرست مشترک شان از این اجرام به نام «فهرست سحابی های سیاره نمای کهکشانی»را منتشر کردند که شامل 1036 سحابی است.این کار نخستین گام در مطالعات نوین سحابی ها ی سیاره نما بود و این فهرست مرجع استاندارد سحابی های سیاره نما باقی ماند که اغلب به اختصار به آن فهرست «P&K» می گویند.

واقعاً این اجرام چگونه شکل می گیرند؟
 
تحقیقات با انواع عادی و رایج کشف، تحلیل، انتشار مقاله تخمین سن و ابعاد و ترکیبات سحابی ها ادامه داشت.اما هیچ کس، تأثیر دهه ی 1990/1370 و به کمک تلسکوپ فضایی هابل، به راز چگونه شکل گرفتن سحابی ها سیاره نما پی نبرده بود.
معما این بود که سحای های سیاره نما، آن طور که آن ها را می بینیم، ظاهراً شکل ها، اندازه ها، و روشنایی های بسیار متنوعی دارند که باعث می شود رسیدن به داستانی منطقی براساس ماهیت فیزیکی آنها کاری دشوار باشد.
فرایند کشف مشابهی نیز در جریان بود که اکنون تقریباً حل شده است.در مسیری موازی، شکل های به ظاهر بسیار متفاوت کهکشان های فعال نیز که به نظر می رسید میزبان سیاه چاله ای هستند-بررسی می شدند.

راه حل رازگشایی سحابی های سیاره نما در طبقه بندی ساختاری انها و سپس درک پیچیدگی های آنها بر همین اساس است، زیرا در غیر این صورت آنها را با هندسه های متفاوت و بی نهایتی خواهیم دید که ما را به اشتباه می اندازند.
بلیک و همکارانش اعلام کردند که، برخلاف تنوع بی شماری که می بینیم فقط سه نوع سحابی سیاره نما وجود دارند.گرد، بیضوی، و پروانه شکل.درون هرکدام از این طبقه ها نیز درجاتی وجود دارند که مبنای آنها سنّ سحابی است؛ بنابراین سحابی های جوان، میان سال و پیر ظاهری متفاوت از یکدیگر دارند.در کنار این ماتریس 9 حالته، همه ی دیگر شکل ها به این سبب دیده می شوند که زوایای قرار گیری سحابی ها نسبت به امتداد دید ما با هم متفاوت اند.
در همین چند سال گذشته که این راه حل مطرح شده تصویر سحابی های سیاره نما و معانی آنها روشن شده است اکنون اخترشناسان می بینند که برخی ستاره های خورشید مانند می میرند و مواد را به صورت کره های گردی به بیرون پرتاب می کنند که هاله هایی از گاز درخشان را با حلقه هایی درخشان تر در درون شان شکل می دهند.برخی دیگر پوسته ای از گاز را به بیرون می دمند و سپس درخش هلیومی رخ می دهد (درخش هلیومی فورانی در ستاره ی پیر در پایان دوره ی هیدورژن سازی و آغاز همجوشی هلیوم در هسته است)؛ و این آخرین نفس نفس زد ن های مرد ن ستاره ای است که فورانی کشیده از گاز و غبار در فضا خلق می کند.این فوران با سرعتی بسیار به میان هاله ی قدیمی تر و کندتر پرتاب می شود.همچنان دیگر سحابی ها نیز فشرده می شوند؛ این فشرده شد ن به سبب قرصی است که درونشان وجود دارد، یا نیروهای کشندی که گازهای پرسرعت را همچون آب پاشی کیهانی متمرکز می کنند، یا نیروهای مغناطیسی که سحابی سیاره نما را به شکل پروانه ای بسیار کشیده تبدیل می کند.

در آسمان بالای سرشما
 
اکنون اخترشناسان می دانند که این سه شکل ابتدایی و شاخه های فرعی شان مشخص کننده ی تمام سحابی های سیاره نمایی اند که در آسمان دیده می شوند.در شب رصدی بعدی که به زیر سقف پرستاره ی آسمان رفتید، زمانی را هم صرف رصد سحابی های سیاره نما کنید تا ببینید چه چیزهایی برای نمایش داد ن دارند.اگر در شب های تابستانی اجرام غیرستاره ای گوناگونی را رصد کرده اید حتماً دو تا از بزرگ ترین سحابی های سیاره نما را هم دیده اید:سحابی حلقه (M57)در صورت فلکی شلیاق و سحابی دمبل (M27)در صورت فلکی روباهک، ابتدا با بزرگ نمایی کم این اجرام را بیابید و سپس بزرگ نمایی را به 100 برابر یا همین حدود افزایش دهید تا جزییات آنها را هم ببینید.با دقت رصد کنید و با نگاه چپ بنگرید، یعنی جرم را از گوشه ی چشم ببینید، تا از سلول های استوانه ای چشم تان که آشکارساز نورهای کم فروغ اند استفاده کنید.همچنین باید جدا از فهرست سحابی های سیاره نمای واقعاً درخشان، برخی از سحابی های عجیب و چالش برانگیز را هم ببینید.بسیاری از این گونه اجرام نیز در زمینه ی راه شیری زمستانی پراکنده اند و دیده می شوند.

سحابی دمبل کوچک (M76)در صورت فکلی بر ساوش را امتحان کنید که جرمی با دو لب و میله ای درخشان و حلقه های سحابی مانند کم نورتر بیرونی است؛ این حلقه ها همان نخستین پوسته ی مواد فوران شده از ستاره اند.می توانید برخی سحابی های سیاره نمای کوچک و درخشان، مانند 1535 NGC در صورت فلکی نهر، را نیز رصد کنید.در این سحابی ستاره ی ابتدایی را به همراه قرصی لکه لکه و درخشان با شبکه ای از حلقه های نامنظم –که درون هاله ای بزرگ تر و کم نورتر قرار دارد-می بینید.وقتی این جزییات را می بینید به یاد داشته باشید که در حال تماشای تصاد م میان دومین فوران ماده از ستاره و گاز کم سوتر نخستین فوران هستید.

سحابی اسکیمو (2392 NGC)در صورت فلکی جوزا نیز ستاره ی مرکزی درخشانی دارد که با تلسکوپ های آماتوری دیده می شود.اطراف این ستاره را دو پوسته ی گازی تابان-پوسته ی درونی درخشان تر و پوسته ی بیرونی کم نورتر فرا گرفته اند.از جمله سحابی های کلاسیک حلقه شکل می توان به 2438 NGC در صورت فلکی کشتی د م اشاره کرد؛ جرمی زیبا که اتفاقاً در میان ستاره های خوشه ی M46 قرار دارد.

سحابی های دیگر نیز منتظر شما هستند.به نظر من سحابی های سیاره نما از جذاب ترین اجرام آسمانی برای رصدهای آماتوری اند.درخشندگی آنها، امکان دیده شد ن شان از آسمانی با شرایط پایین تر از ایده ال، و شکل ها و ساختارهای عجیب و گوناگون آنها شما را تا صبح شب رصدی سرگرم می کند.

و شما نخستین نسل از منجمان آماتورید که حین رصد سحابی های سیاره نما چگونگی و چرایی شکل گرفتن آنها به این ترتیب را نیز درک می کنید.در یک شب رصدی درخشان و سرد بیش از این چه می خواهید.

نویسنده : دیوید آیشر
ترجمه: شادی حامدی آزاد

ماهنامه ی نجوم، اردیبهشت 1389 و راسخون