یکی از پرسش‌های مهم در اخترفیزیک چگونگی توزیع جرم ستاره‌ها در هنگام تولد است. به این معنا که در یک کهکشان یا خوشه‌ی ستاره‌ای، ستاره‌های پرجرم در هنگام تولد چه نسبتی به ستاره‌های کم‌جرم داشتند. به تابع توزیع احتمالی جرم اصطلاحا تابع جرم اولیه(۱) می‌گویند. شکل ۱، چند تابع توزیع جرم اولیه معروف را نشان میدهد. همان‌طور که می‌بینید در همه‌ی این توابع تعداد ستاره‌های کم‌جرم بیشتر ستاره‌های پرجرم است، اما نسبت دقیق آن‌ها با یکدیگر تفاوت دارد.
شکل ۱: توابع معروف توزیع جرم ستاره‌های تازه متولد شده. محور افقی جرم ستاره و محور عمودی تابع احتمال را نشان میدهد. تعداد ستاره‌های کم‌جرم در کهکشان بیشتر از ستاره‌های کم‌جرم است، اما پرسش مهم این است که آیا این توابع توزیع جرم در همه‌ی کهکشان‌ها یکسان هستند یا خیر.
credit: Shimizu & Inoue 2013
در سحابی‌های ملکولی، ستاره‌ها در هسته‌ی چگال ابر بر اثر رُمبش گرانشی به وجود می‌آیند. این هسته‌های ستاره‌ای در کنار هم جمع شده و خوشه‌های ستاره‌ای جوان را که ستاره‌هایی با جرم‌های متفاوت دارد، تشکیل می‌دهند. در سال ۱۹۵۵، اخترفیزیکدانی به نام ادوین سَلپیتِر(۲)، توزیع جرمی این ستاره‌ها را محاسبه کرد (تابع آبی‌رنگ در شکل ۱). رصدها نشان داده‌اند که توزیع جرم (نسبت ستاره‌های پرجرم به کم‌جرم) در خوشه‌های هسته‌های ستاره‌زا مشابه توزیع جرم در خوشه‌های ستاره‌های تازه به وجود آمده است. بنابراین توزیع جرم ستاره‌ها در زمان تولد (همان تابع جرم اولیه) نتیجه‌ی توزیع جرمی هسته‌هایی است که ستاره‌ها از آن به وجود آمده‌اند. به توزیع جرمی هسته‌ها تابع جرم هسته‌ای(۳) می‌گویند. به بیان دیگر، در مناطق ستاره‌زای نزدیک به ما دیده شده است که تابع توزیع جرم هسته‌ی ابرهای ملکولی بسیار شبیه به تابع توزیع جرم اولیه ستاره است و هر دو تابع سلپیتر (نمودار آبی شکل ۱) را دنبال می‌کنند. اما این نتیجه‌گیری بر اساس رصد ابرهای ملکولی بسیار نزدیک به ما انجام شده است. این ابرها چگالی بالایی ندارند و به همین علت ممکن است نمایشگر تنوع ابرهای ملکولی در کل کهکشان نباشند. پرسش مهمی که مطرح می‌شود این است که آیا تشابه تابع جرم هسته‌ای و تابع جرم اولیه در همه جای کهکشان وجود دارد یا محدود به ابرهای کم‌چگال در نزدیکی ما است؟
شکل ۲: تصویر تلسکوپ آلما در طول‌موج ۱.۳ میلیمتر از سحابی ستاره‌زای W43-MM1 ساختارهای پرچگال و هسته‌های مناطق ستاره‌زا را نشان میدهد. هسته‌های ستاره‌زا با دایره نشان داده شده‌اند. فلش سفید مقیاس اندازه را نشان میدهد.
در این مقاله، منجمان با استفاده از آرایه‌ی میلیمتری آلما هسته‌های یک منطقه‌ی بسیار چگال و فعال ستاره‌زا را در کهکشان ما با دقت بسیار بالا رصد کرده‌اند و تابع جرم هسته‌ای آن را محاسبه کرده‌اند. در شکل ۲ تصویر این منطقه‌ی ستاره‌زا را می‌بینید که هسته‌های ستاره‌زا در آن با دایره‌های سفید نشان داده شده‌اند. جرم این هسته‌ها بین ۱ تا ۱۰۰ جرم خورشیدی(۴) است و تصور می‌شود ستاره‌هایی با جرم‌های بین ۰.۴ تا بیش از ۴۰ جرم خورشیدی به وجود بیاورند. بر خلاف سحابی‌های پیشتر رصد شده، ساختار این سحابی ملکولی بسیار شبیه به ساختار کلی ابرهای ملکولی در کهکشان است.
مولفان این مقاله نتیجه‌گیری کرده‌اند که تابع جرم هسته‌ای این سحابی از تابع سلپیتر تبعیت نمی‌کند. در این سحابی نسبت هسته‌های پرجرم بیشتر از هسته‌های کم‌جرم است. این رصدها نه تنها شباهت میان تابع جرم اولیه و تابع جرم هسته‌ای را زیر سوال می‌برند، بلکه نشان می‌دهند که تابع جرم اولیه ممکن است در همه‌ی کیهان یکسان، به اصطلاح جهانی، نباشد. یکسان نبودن تابع جرم اولیه عواقب بسیار مهمی برای محاسبات اخترفیزیکی، مانند محاسبه‌ی ستاره‌زایی، تعداد سیاهچاله‌ها و ابرنواختر‌ها، و همچنین فراوانی فلزی در محیط‌های میان‌ستاره‌ای دارد. با این حال سناریوهایی می‌تواند وجود داشته باشد که همچنان با وجود این رصدها فرضیات قبلی درباره‌ی جهانی بودن تابع جرم اولیه را نقض نکند. تایید یا نقض این فرضیه احتیاج به رصدهای بیشتر با دقت‌هایی مشابه آنچه در این مقاله ارائه شده است دارد.
(۱) Initial Mass Function
(۲) Edwin Salpeter
(۳) Core Mass Function
(۴) جرم خورشیدی واحد اندازه‌گیری جرم اجرام سماوی و برابر جرم خورشید، حدود ۲ در ۱۰ به توان ۳۰ کیلوگرم، است.
عنوان اصلی مقاله: The unexpectedly large proportion of high-mass star-forming cores in a Galactic mini-starburst
نویسندگان: Motte, et al.
این مقاله در نشریه‌ی Nature Astronomy چاپ شده است.
لینک مقاله‌ی اصلی: https://arxiv.org/abs/1804.02392
گردآوری: آیرین شیوایی
سلام
واقعا سایت مفیدی هست
امیدوارم موفق باشید
ارادتمند – منادی