حتما عروسک‌های تودرتوی روسی را قبلا دیده‌اید: مجموعه‌ای از عروسک‌های مشابهی که در دل یکدیگر جای‌گذاری شده‌اند و اندازه‌شان همین‌طور کوچک و کوچک‌تر می‌شود. آیا کیهان نیز نمایشی از عروسک‌های روسی است؟ این سؤال جذابی است که در مقاله‌ی اخیری مورد بررسی قرار گرفته است. نویسندگان این مقاله با اشاره به اینکه الکترون‌ها به دور هسته‌ی اتم می‌گردند و سیاراتی که از این اتم‌ها تشکیل شده‌اند حول ستاره‌ها می‌گردند و متعاقبا این ستاره‌ها حول مرکز کهکشان راه شیری می‌گردند، به بررسی سیستم‌های اخترفیزیکی مشابه عروسک‌های روسی در عالم می‌پردازند. آن‌ها به این مهم اشاره می‌کنند که هر کدام از این سیستم‌ها به تنهایی نظر گروهی از منجمان و دانشمندان را به خود جلب می‌کنند ولی مقایسه‌ی آن‌ها و یافتن شباهت‌هایشان همانند یافتن مشخصات مشترک ژنتیکی افراد یک خانواده است.
سه مثال از عروسک‌های روسی در کیهان عبارتند از دیسک‌ها، رشته‌ها، و خوشه‌ها. در زیر راجع به هرکدام براساس مطالعات این مقاله مختصری توضیح می‌دهیم:
۱. دیسک‌ها درون دیسک‌ها: کهکشان راه شیری از صفحه یا به عبارتی دیسکی از گاز و ستاره تشکیل شده است که حول یک نقطه‌ی مرکزی در حال گردش است. در مرکز کهکشان، سیاهچاله‌ای وجود دارد که حول آن نیز قرصی از گاز و ستاره وجود دارد. در جاهای مختلف روی دیسک کهکشان نیز ستاره‌هایی در حال شکل‌گیری‌اند که در محیطی شامل ابرهای مولکولی ایجاد می‌شوند و حولشان دیسک‌هایی از گاز و غبار می‌گردد؛ فضاهایی که آمادگی به‌وجودآوردن سیارات را دارند. اما این دیسک، آخرین عروسک در دل عروسک‌های روسی نیست، بلکه طبق شبیه‌سازی‌های موجود، احتمال اینکه سیارات نیز در مراحل اولیه‌ی تکاملشان با دیسک گازی کوچکی احاطه شده باشند وجود دارد. پیشرفت تکنولوژی ممکن است مشاهده‌ی وجود چنین دیسک‌هایی حول سیارات را ممکن کند. شناخت فرآیندهای دینامیکی این سیستم‌ها می‌تواند به شناخت سیستم‌های مشابه دیگر کمک کند، اما به هر حال باید تفاوت‌های مهم سیستم‌ها را در نظر گرفت. شکل ۱ عروسک‌های روسی مربوط به دیسک‌ها را نشان می‌دهد.
شکل ۱. عروسک‌های روسی اخترفیزیکی: دیسک‌ها. از بزرگ به کوچک: برداشت هنری از یک کهکشان مارپیچی (تصویر از ناسا)، شبیه‌سازی *Sgr A و دیسک آن (تصویر از A. E. Broderick & A. Loeb)، مشاهده‌ی دیسک پیش‌سیاره‌ای (S. Andrews/ B. Saxton/ ALMA)، شبیه‌سازی دیسک حول یک سیاره (James Stone و همکاران در پرینستون).
۲. رشته‌ها درون رشته‌ها: هر جسم بسیار پرجرمی در عالم تحت تاثیر گرانش خود متمایل به فروپاشی حول محور کوچکش است. پس از فروپاشی، صفحه‌ی باقی‌مانده نیز حول محور متوسط جسم اولیه، می‌تواند فروپاشی کند و یک رشته تشکیل دهد. این رشته اگر حول محور باقی‌مانده (بزرگترین محور) فروپاشی کند، یک جسم فشرده مانند یک کهکشان یا گروهی از کهکشانها ایجاد می‌کند. در نتیجه‌ی این فرآیندها، ماده‌ی میان‌کهکشانی پخشی، ترکیبی از صفحه‌ها و رشته‌ها می‌شود و یک شبکه‌ی کیهانی به وجود می‌آورد (شکل ۲). درون هر کهکشان (در واقع گره‌های این شبکه‌ی کیهانی که رشته‌های آن را به هم متصل می‌کنند)، ماده‌ی میان‌ستاره‌ای وجود دارد که همین طرح را تکرار می‌کند. برای مثال، درون دیسک کهکشان راه شیری، امواجی که در اثر انفجار ابرنواختری ایجاد می‌شوند می‌توانند چنین شبکه‌ای از صفحه‌ها و رشته‌ها را به وجود آورند و ریخت‌شناسی گاز اتمی میان‌ستاره‌ای را مشخص کنند. چنین طرح‌هایی اخیرا در مشاهدات با وضوح بالا آشکار شده‌اند. در سال‌های اخیر، مشاهدات فروسرخ توسط تلسکوپ فضایی هِرشل، ابرهای مولکولی با شبکه‌های پیچیده‌ای از ساختارهای رشته‌ای چگال، باریک و دراز را آشکار کرده‌اند. مشاهدات و شبیه‌سازی‌های رشته‌های میان‌ستاره‌ای نشان می‌دهند که در اثر برافزایش گاز در راستای این رشته‌ها، هسته‌هایی می‌توانند رشد کنند. همین‌طور، شبیه‌سازی‌های کیهانشناختی نشان می‌دهند که جریان گاز سرد حول رشته‌های ماده‌ی میان‌کهکشانی، کهکشان‌هایی با سوخت کافی برای تشکیل ستاره به وجود می‌آورند. گونه‌های دیگری از زیرساختارهای مشابه می‌تواند در این سیستم عروسک‌های روسی رشته‌ها وجود داشته باشد، مثلا فیبرهایی در ابرهای مولکولی کهکشانی یا در ماده‌ی میان‌ستاره‌ای.
شکل ۲. عروسک‌های روسی اخترفیزیکی: رشته‌ها. از بزرگ به کوچک: شبیه‌سازی رشته‌های میان‌کهکشانی (Lars Hernquist و همکاران در هاروارد)، مشاهده‌ی هیدروژن اتمی خنثای کهکشانی (P. M. W. Kalberla و دیگران)، مشاهده‌ی رشته‌ها در یک ابر مولکولی (EA/Herschel/PACS/SPIRE/V. Roccatagliata, U. Munchen)، مشاهدات فیبرهای درون یک رشته (A. Hacar و دیگران).
لازم به ذکر است که با وجود شباهت‌های ظاهری، مکانیسم تشکیل رشته‌های میان‌ستاره‌ای و میان‌کهکشانی ممکن است کاملا متفاوت باشند. نظر اکثر کیهان‌شناس‌ها این است که رشته‌های ماده‌ی میان‌کهکشانی زاده‌ی ناپایداری گرانشی است درحالی‌که رشته‌های داخل ابرهای مولکولی به احتمال زیاد از فشردگی جریان آشفته‌ی مگنتوهیدرودینامیکی گاز میان‌ستاره‌ای ناشی شده است. به هر حال ممکن است برخی ساختارهای رشته‌های ماده‌ی میان‌کهکشانی از جریان‌های خارج‌شده از کهکشانها باشد که گاز محیطی‌شان را همان‌طور شکل داده باشند که جریان آشفته‌ی ستاره‌ای، ساختار کوچک‌مقیاس را در ماده‌ی میان‌ستاره‌ای شکل داده است.
۳. خوشه‌ها درون خوشه‌ها: کهکشانها به تشکیل خوشه علاقه‌مندند. هر کهکشان مارپیچی شامل دیسکی گازی است که خود شامل ابرهای مولکولی است که خوشه‌های گازی مجزایی تشکیل می‌دهند. با وجود اینکه کوچک‌ترین ابرهای مولکولی کهکشان راه شیری ممکن است توسط فشار ماده‌ی میان‌ستاره‌ای محیطی مقید شده باشند، توافق نظر بر این است که اکثر ابرهای مولکولی بزرگ و پرجرم توسط نیروی گرانش کنار یکدیگر نگه داشته شده‌اند. درون ابرهای مولکولی نیز هسته‌های چگال گازی وجود دارند که چگال‌ترینشان خوشه‌های ستاره‌ای را تشکیل می‌دهند. نیروی گرانش خود را با روش مشابهی در محدوده‌ی گسترده‌ای از مقیاس‌های خوشه‌ای نشان می‌دهد.
به نظر می‌رسد سیستم‌های اخترفیزیکی مشابه عروسک‌های تودرتوی روسی در عالم وجود دارند که علاوه بر مطالعات علمی، زیبایی‌های شناخت عالم را برایمان چند برابر می‌کنند یا همان‌طور که نویسندگان این مقاله می‌گویند: «دنبال‌کردن دانش علمی نه تنها ریشه در کنجکاوی و علاقه‌‌ی بشر به شناخت طبیعت دارد بلکه ریشه در نیاز ذاتی ما برای لذت‌بردن و جستجوی زیبایی نهفته در ساختارها و تقارن‌های طبیعت نیز دارد. برقراری ارتباط بین رشته‌ها، ادراک ما را از زیبایی تقویت می‌کند و منجر به شناخت گسترده‌تری از عالم می‌شود. برعکس نیز هرچه‌قدر شناخت ما از جهان بیشتر شود، حس ما از زیبایی پیشرفت می‌کند.»
عنوان اصلی مقاله: Astrophysical Russian Dolls
نویسندگان: Abraham Loeb and Nia Imara
این مقاله در نشریه‌ی Nature Astronomy چاپ شده است.
لینک مقاله‌ی اصلی: https://arxiv.org/abs/1701.03664
گردآوری: آزاده کیوانی
