برخورد دهنده بزرگ هادرون (LHC)

 برخورد دهنده بزرگ هادرون (LHC)  

شاید این روزها خبر‌ها و عکس‌هایی از برخورد دهنده بزرگ هادرون (Large Hadron Collider:LHC) دیده باشید

تعداد زیادی دانشمند و مهندس که در همه عکس‌ها در حال نگاه کردن یا اشاره کردن به یک تونل بزرگ هستند!

خوب به هر حال این آدم‌های به ظاهر بیکار حتماً در حال تلاش برای هدفی مهم هستند که رسانه‌ها کار آن‌ها را «آزمایش مهبانگ(Big Bang)» یا «بزرگترین آزمایش تاریخ» می‌خوانند. بیایید در اینجا کمی بیشتر در مورد این آزمایش و این همه تجهیزات غول پیکر بدانیم و یک قدم از دوستان خود جلو بزنیم.

این آزمایش حاصل کار یک تونل و یک شتاب دهنده در 100متر زیر مرز فرانسه و سوئیس است. LHC قسمتی از پروژه آزمایشی سازمان تحقیقات هسته‌ای اروپا یا CERN‌ است و تمام پروژه 6میلیارد دلار هزینه برده است.

چند لحظه بعد از شروع این آزمایش آهنربا‌های الکتریکی غول پیکری اتم‌ها و شعاع‌های اتمی را با سرعتی نزدیک به سرعت نور به حرکت در می‌آورد و با هم برخورد می‌دهد.[گزارش شروع به کار بزرگترین اتم شکن جهان]

در جستجوی راز هستی

9هزار فیزیکدان، متخصص و مهندس از سراسر جهان در این مرکز با زیر نظر گرفتن رفتار ذرات و آثار این برخورد‌ها به مطالعه چگونگی بوجود آمدن جهان و حتی دلیل بوجود آمدن آن می‌پردازند. هر لحظه از این آزمایش به ما در درک جهان کمک می‌کند و هزاران راز خلقت را آشکار می‌سازد.

دانشمندان برای درک بهتر این اسرار از نظریه‌ای به نام مدل استاندارد استفاده می‌کنند. این نظریه ترکیبی از نظریه نسبیت  اینشتین و تئوری کوانتوم است. این نظریه با سه تا از چهار نیروی اساسی جهان یعنی نیروی قوی هسته‌، نیروی ضعیف هسته و نیروی الکترومغناطیس سر و کار دارد و با نیروی چهارم که نیروی جاذبه است سر و کاری ندارد.

این نظریه توضیحاتی در مورد چندین پدیده فیزیکی دارد که درستی بسیاری از آن‌ها  با انجام آزمایش‌های فراوان به اثبات رسیده و یا تا حد قابل قبولی به اثبات درستی آن‌ها نزدیک شده‌ایم. ولی جنبه‌های دیگر این نظریه همچنان در ابهام قرار دارد. یکی از ذرات زیر اتمی که توضیحی برای آن ارائه نشده است ذره «هیگز» (Higgs) است.

پیتر هیگز، ذره هیگز به افتخار فرضیه او نام‌ گذاری شده است

تحقیق بر روی این ذره می‌تواند به این سوال پاسخ دهد که چرا جرم وجود دارد؟ چرا اجسام جرم دارند؟

دانشمندان ذراتی را می‌شناسند که جرمی ندارند. مانند نوترون. ولی در مقابل ذراتی وجود دارند که جرم دارند. دانشمندان برای توضیح این پدیده به سراغ مکانیزم هیگز رفته‌اند. بر اساس این قسمت از نظریه باید ذره‌ای وجود داشته باشد و به همراه آن یک نیرو که به اجرام جرم بدهد. این درحالی است که بعضی از دانشمندان معتقدند که ممکن است این ذره حتی وجود نداشته باشد و بعضی هم معتقدند که این آزمایش نه تنها ما را به حقایقی از این قبیل می‌رساند بلکه ممکن است چیز‌هایی را به ما نشان دهد که ما حتی آن‌ها را در نظر نگرفته‌ایم.

موضوع دیگری که دانشمندان به دنبال کشف آن هستند ریشه در پیدایش جهان ماده دارد. در ابتدا انرژی و ماده با هم در آمیخته بودند. بعد از اینکه ماده و انرژی در ابتدای خلقت از هم جدا شدند ذرات ماده و پادماده یکدیگر را خنثی کردند. اگر این دو مقدار مساوی بود آنوقت دیگر ماده‌ای برای ما باقی نمی‌ماند و این دو ذره یکدیگر را کاملاً از بین می‌بردند. ولی خوشبختانه بیشتر از مقدار پاد ماده، ماده وجود داشت.

دانشمندان امیدوارند که این فرایند و وجود پاد ماده را در آزمایش LHC مشاهده کنند و به این سوال پاسخ دهند که چرا تفاوتی در مقدار ماده و پاد ماده وجود داشته است.

«ماده تاریک» نیز یکی از مقاصد مهم دانشمندان در این آزمایش است. درک کنونی ما از جهان نشان می‌دهد که مقدار ماده‌ای که می‌بینیم و در اطراف ما و کهکشان ما قرار دارد تنها 4درصد کل ماده در جهان است و دانشمندان از روی حرکات کهکشان‌های اطراف ما حدس می‌زنند که مقدار ماده‌ای وجود دارد که ما قادر به رویت آن نیستیم و نام ماده تاریک را بر آن نهاده‌اند.

با این حال تمام ماده‌ای که در جهان وجود دارد، یعنی ماده قابل رویت و ماده تاریک تنها 25درصد از جهان را تشکیل می‌دهند. فرضیات می‌گویند که باقی جهان از انرژی که نام آن را «انرژی تاریک» می‌گذارند تشکیل شده است. دانشمندان با انجام آزمایش‌ها و مشاهدات مختلف در LHC امیدوارند که اثباتی برای این فرضیات پیدا کنند و یا به نتایجی برسند که توضیحات متفاوتی برای این پدیده‌ها ارائه بدهد.

این پیش بینی‌های عجیب و تکان دهنده تنها بخشی از اهداف آزمایشات دانشمندان در LHC‌ است و ممکن است آزمایشات آن‌ها به نتایج باورنکردنی دیگری نیز برسد.

اگر به نظر شما ماده - پاد ماده و ماده و انرژی تاریک خیلی هم عجیب نیستند شاید بخواهید بدانید که بعضی دانشمندان معتقدند که LHC به آن‌ها کمک می‌کند تا به ابعادی بیشتر از ابعاد فعلی دنیای ما برسند. ما تا به حال تحت چهار بعد، یعنی 3 بعد فضایی طول و عرض و ارتفاع ؛ و زمان زندگی کرده‌ایم و یا شاید تنها اینطور فکر می‌کنیم و ابعاد دیگری نیز وجود دارند!

بعضی از نظریه‌های فیزیک تنها در ابعادی بیشتر از ابعاد 4گانه ما درست هستند. برای مثال حالتی از نظریه ریسمان (StringTheory) تنها در ابعاد بالای 11تا به نتیجه می‌رسد.
نظریهٔ ریسمان شاخه‌ای از فیزیک نظری و بیشتر مربوط به حوزه فیزیک انرژی‌های بالاست .این نظریه در ابتدا برای توجیه کامل نیروی قوی به وجود آمد ولی پس از مدتی با گسترش کرومودینامیک کوانتومی کنار گذاشته شد و در حدود سالهای ۱۹۸۰ دو باره برای اتحاد نیروی گرانشی و برطرف کردن ناهنجاری‌های تئوری ابر گرانش وارد صحنه شد. بنا بر آن ماده در بنیادین‌ترین صورت خود نه ذره بلکه ریسمان مانند است. یعنی تمام ذرات بنیادین (مثل الکترون، پوزیترون و فوتون) اگر با بزرگنمایی خیلی خیلی زیاد نگریسته‌شوند ریسمان‌دیس هستند. ریسمان می‌تواند بسته (مثل حلقه) یا باز (مثل بند کفش) باشد. توضیح اینکه چرا ابعادی بیشتری برای طرح این نظریه و وجود ریسمان‌ها لازم است مربوط به مباحث فیزیک نظری و نظریه گروه‌ها در ریاضی است.
این نظریه در بین فیزیکدانان و دانشمندان طرفداران زیادی دارد و آن‌ها امیدوارند که LHC به آن‌ها کمک کند تا نظر منتقدان را کمی تغییر دهند و قسمت‌هایی از درستی نظریه ریسمان را ثابت کنند.

LHC و حساب و کتاب آن!

تمام این‌ها به تاسیسات عظیمی در مرز بین فرانسه و سوئیس وابسته است. محیط تونل شتاب‌دهنده و سالن‌ها برخورد دهنده 27 کیلومتر است و در 100متری زیر زمین قرار دارد. تأسیسات کنترل و محل کار دانشمندان و مهندسین بالای این دستگاه‌ها و در سطح زمین است و دسترسی به تونل‌ها از طریق آسانسور و پله انجام می‌پذیرد.

شتاب‌دهنده با آهنرباهای بسیار قوی کار می‌کند و به ذرات سرعتی برابر 99.99درصد سرعت نور می‌دهد. این آهنرباها از نوع ابر رسانا هستند و صدها تون وزن دارند. در ساخت تونل شتاب‌دهنده از 9600 قطعه از این آهنرباها استفاده شده است. برای سرد کردن آهنرباها دمای آن‌ها را به 271.25 درجه سلسیوس زیر صفر می‌رسانند. این دما حتی از خلأ خارج از جو نیز سردتر است.

نامی از خلأ بردیم و بهتر است بدانید که مسیر تونل شتاب‌دهنده برای گذر شعاع ذرات عاری از هرگونه مولکول اضافی است. حتی یک مولکول مزاحم نیز می‌تواند مسیر حرکت شعاع‌ها را تغییر دهد و پمپ‌های تخلیه بسیار پرقدرتی وظیفه تخلیه تونل‌ها را دارند که حتی یک مولکول گازی شکل را نیز از قلم نمی‌اندازند.

LHC‌ و تمام آزمایش‌های آن دارای 150میلیون حسگر و شناساگر هستند. اطلاعاتی که این حسگر‌ها در هر ثانیه به کامپیوتر‌ها و مراکز پردازش اطلاعات می‌فرستند 700مگابایت است! این به این معنی است که اگر LHC به طور بی وقفه در یک سال کار کند 15میلیون گیگابایت اطلاعات از آزمایشات آن جمع آوری می‌شود.

شاید به فکر انرژی که این مرکز مصرف می‌کند نیز افتاده باشید. پیش بینی می‌شود که LHC‌ سالانه 800هزار مگاوات ساعت برق مصرف کند. هزینه این مقدار برق 19میلیون یورو تخمین زده می‌شود!

اساس کار این آزمایش به این گونه است که دو شعاع ذرات را از دو جهت مخالف به سمت یکدیگر می‌فرستند و بعد از برخورد آن‌ها به هم رفتار آن‌ها را مشاهده می‌کنند.

در قلب LHC

بیایید به سفر یک پروتون در LHC‌ نگاهی بیندازیم. ابتدا دانشمندان از اتم هیدروژن الکترون را خارج می‌کنند تا پروتون از آن باقی بماند. سپس پروتون‌ها وارد LINAC2 می‌شوند. این دستگاه‌ها پروتون‌ها را به داخل شتاب‌دهنده‌ای به نام PS Booster شلیک می‌کند. از فرکانس‌های رادیویی خاصی برای شتاب دادن به پروتون و از آهنربا‌های ابر رسانا برای نگاه داشتن آن‌ها در مسیر استفاده می‌شود.

وقتی پروتون به سرعت مناسب می‌رسد، PS Booster‌ آن را به دستگاه دیگری به نام SuperProtonSynchrotron‌ می‌فرستد. در این مرحله پروتون‌ها به گروه‌هایی تقسیم بندی می‌شوند و در همین گروه‌ها حرکت می‌کنند. هر گروه دارای 11^10×1.1 پروتون است و در هر شعاع 2808گروه وجود دارد. این دستگاه شعاع‌ها را در جهتی مخالف یکدیگر حرکت می‌دهد.

در داخل LHC‌ و بعد از 20دقیقه شعاع‌ها 11245 بار در داخل تونل می‌چرخند و در یک ثانیه 600میلیون بار برخورد می‌کنند.

با برخورد پروتون‌ها با هم ذراتی کوچکتر تشکیل می‌شوند. از فروپاشی پروتون ذراتی شکل می‌گیرند که عمر آن‌ها چند هزارم ثانیه است. حسگر‌ها اطلاعات تشکیل و تبدیل این ذرات زیر اتمی را دریافت و آن‌ها را به مراکز پردازش اطلاعات می‌فرستند.

در این میان بعضی از پروتون‌ها با یکدیگر برخورد نمی‌کنند و تا جایی که به مرحله فروپاشی برسند به حرکت ادامه می‌دهند. در این مرحله پروتون‌های اضافی توسط پرده‌ای از گرافیت جذب می‌شوند.

پردازش اطلاعات

طراحان سیستم کامپیوتری و پردازشی CERN به جای استفاده از ابر کامپیوترها برای انجام محاسبات، از روش پردازش موازی یا Parallel Computing استفاده می‌کنند. به این ترتیب که اطلاعات به جای پردازش در داخل مرکز به چندین کامپیوتر در نقاط مختلف فرستاده می‌شود و هر کامپیوتری قسمتی کوچک از پردازش را انجام می‌دهد ولی در عوض مجموع این پردازش‌ها، انبوهی از اطلاعات پردازش شده و آماده مطالعه می‌شود.

گروه اول کامپیوتر‌های این شبکه در داخل CERN قرار دارد و اطلاعات را برای پردازش به قسمت‌های کوچکی تقسیم می‌کند. دوازده گروه کامپیوتر دیگر در دوازده کشور شامل: کانادا، فرانسه، آلمان، ایتالیا، اسپانیا، سوئیس، تایوان، هلند، انگلستان، آمریکا و یکی از کشور‌های اسکاندیناوی اطلاعات را با استفاده از اتصال‌های که سرعتشان به 10گیگابایت بر ثانیه می‌رسد، دریافت و پردازش می‌کند.

در مرحله‌ای دیگر گروهی از کامپیوتر‌های کوچک‌تر شامل کامپیوتر‌های دانشگاه‌ها و مراکز علمی به کمک کامپیوتر‌های دیگر می‌آیند و بعد از اتمام کار پردازش اطلاعات را به کامپیوتر‌های بالایی خود می‌فرستند و سرانجام به CERN. [هکر‌ها به LHC نفوذ کردند]

آیا LHC زندگی ما را تهدید می‌کند؟

گروهی از مردم معتقدند که آزمایشاتی از این قبیل ممکن است مشکلات جدی برای سیاره ما بوجود آورد. دو نفر از بازنشسته‌های بازرسان هسته‌ای در مارچ 2008 شکایتی را به دادگاه ایالتی هاوایی بردند و با مطرح کردن شکایت خود خواستار توقیف LHC شدند.
این نگرانی ناشی از این دیدگاه است که آزمایشات LHC‌ باعث ایجاد سیاه چاله‌هایی می‌شود. سیاه چاله‌ها اجسام یا ناحیه‌هایی غیر شناخته شده و غیر مطالعه شده هستند که اجرام را در خود فرو می‌برند و آن‌ها را به انرژی و ماده‌هایی با چگالی بی نهایت تبدیل می‌کند.

مسئولین CERN‌ نیز با قدرت تمام این حرف‌ها را تأیید کردند! ولی به مردم این اطمینان را دادند که مقدار سیاه چاله‌های ایجاد شده در LHC‌ آنقدر کم است که در کمتر از ثانیه نابود می‌شوند.

دیدگاهی که از سیاه چاله‌ها وجود دارد، مربوط به نابود شدن ستاره‌ها در کهکشان‌های دیگر است. ولی روشن است که جرم نابود شده با مقدار سیاه‌ چاله مرتبط است و مقدار پروتون در LHC‌ با جرم ستار‌ه ها قابل مقایسه نیست.

نگرانی‌های دیگری نیز وجود دارد. بعضی‌ها از Strangelets ها حرف می‌زنند. گیتی شناس‌ها بر این باورند که این ناحیه‌ها باعث ایجاد میدان گرانشی قوی می‌شود که ممکن است زمین را به ویرانه‌ای تبدیل کند.

مسئولین CERN بار دیگر با قدرت و اطمینان به این اعتراضات نیز پاسخ دادند! آن‌ها می‌گویند که اولاً Strangelets ها تنها زایده یک فرضیه هستند و هیچ مشاهده‌ای وجود آن‌ها و اثراتشان را ثابت نمی‌کند. دوماً اینکه اگر هم همچنین ناحیه‌های بوجود آیند بسیار ضعیف و نا پایدار خواهند بود. جواب تقریباً قانع کننده دیگری نیز به این اعتراضات داده شده‌است. بعضی می‌گویند که این Strangelets ها زایده تشعشعات کیهانی هستند و اگر وجود هم داشته باشند حتما تا به حال به زمین نزدیک شده‌اند و با توجه به اینکه زمین هنوز زمین است و ما انسان‌ها هنوز هم در آن زندگی می‌کنیم، Strangeletsها را خیلی هم نباید جدی گرفت!

اکثریت دانشمندان و صاحب نظریان بر این باورند که این آزمایش افق دید ما را در درک بهتر جهان گسترس می‌دهد. تلسکوپی که گالیله ساخته بود در حد دوربین‌هایی که امروزه همه جا می‌توان آن‌ها را خریداری کرد، قدرت بزرگنمایی داشت ولی با این حال ما را به درک بهتر کهکشانمان رساند. آزمایش‌هایی مانند LHC‌ با اینکه ممکن است در اول راه خود باشند ولی با این حال می‌تواند در آینده، علم دانش بشری را به دوردست ببرد

آندرومدا- شاهکار خلقت

مرگ ستاره

مرگ بزرگترین ستاره کهکشان راه شیری  

مترجم: ناصرگوهـرى                                                

           

بزرگ ترین ستاره کهکشان ما در داخل یک پیله قرار دارد و این پیله به شکل توپ راگبی است. از سال 1891 تا به حال ستاره ETA Carinae متحمل انفجارهایی تماشایی شده است. ستاره شناسان از اتفاق هایی که در این ستاره غول آسا روی می دهد، بسیار متعجب شده اند.

با وجود تلاش بسیار زیاد دانشمندان، جزئیات این ستاره ناپایدار به خاطر فاصله بسیار زیاد آن از زمین، تا به حال فاش نشده است. این ستاره عظیم که در فاصله 7500 سال نوری از زمین قرار دارد، توسط توده های عظیمی از گاز و گرد و غبار کهکشان راه شیری احاطه شده است.دو توده ابری بزرگ به شکل قارچ از این ستاره خارج شده است که هر کدام از این توده های ابرمانند، صدها برابر بزرگ تر از کل منظومه شمسی ما هستند.

اما اخیرا و برای اولین بار به کمک تداخل سنجی مادون قرمز با استفاده از ابزار VINCI امکانات جدیدی برای بررسی هرچه دقیق تر ستاره فراهم شده است. یک تیم بین المللی از ستاره شناسان به کمک ابزار جدید، روی قسمت های داخلی ناحیه ابرمانند متمرکز شدند. روی وان بوکل (Roy Van Bockel) رهبر تیم مذکور می گوید: نتایج به دست آمده از مشاهدات اخیر نشان می دهد که گازهای اطراف ستاره به شدت در حال امتداد یافتن هستند. از طرف دیگر خود ستاره هم به خاطر چرخش بسیار سریع به دور خودش، بسیار ناپایدار شده است.

ETA Carinae درخشانترین ستاره شناخته شده در کهکشان راه شیری است و می توان گفت که یک ابرغول واقعی است. این ستاره 100 بار سنگین تر از خورشید است، اما درخشندگی آن 5 میلیون برابر خورشید است.

اکنون این ستاره به آخرین مرحله از زندگی خود نزدیک شده است و لحظه به لحظه فوران های مهیبی را تحمل می کند. یکی از انفجارهای بزرگ در سال 1841 روی داد و باعث شد که توده ای ابری به شکل دو قطبی زیبایی ایجاد شود. توده مذکور را Homunculus می نامند.

در شبی که انفجار مذکور روی داد، ETA Carinae دومین ستاره درخشان در آسمان آن شب بود، و تنها ستاره روشن تر از غول بزرگ ستاره شباهنگ (Sirius) بود.این ستاره چنان بزرگ است که اگر در مرکز منظومه ما واقع می شد مرکز منظومه تا مدار مشتری را به خود اختصاص می داد.

البته این اندازه بزرگ گاهی هم دچار تغییر می شود، زیرا لایه های بیرونی ستاره پیوسته در حال پرتاب شدن به فضا هستند. علت این واقعه، فشار ناشی از برخوردهای فوتونی مربوط به اتم های گازی داخل ستاره است.می دانیم که بسیاری از ستارگان و از جمله خورشید رفته رفته جرم خود را از دست می دهند و انرژی را به صورت بادهای ستاره ای تابش می کنند.

اما کاهش جرم در ستاره ابرغول بسیار فشرده تر از حد معمول است. این ستاره در هر سال جرمی معادل 500 برابر جرم زمین را از دست می دهد. در این حالت بسیار سخت است که میان خود ستاره و ابرهای گازی که اطراف ستاره را در بر گرفته است، مرزی قایل شد. VINCI NAOS- CONICA دو دستگاه حساس به تابش پرتو مادون قرمز هستند که روی تلسکوپ بزرگ ESO در رصدخانه پارانال (Paranal) نصب شده اند. با استفاده از این ابزارها، ناحیه اطراف ستاره که همان محوطه گازی است، مورد بررسی قرار گرفت.

ستاره شناسان با مشاهده داخلی ترین قسمت های ناحیه ابری اطراف ستاره، توانستند بعضی از ترکیبات این محوطه را شناسایی کنند.تیم ستاره شناسان ابتدا از دوربین اپتیکی قابل تنظیم ابزار NAOS- CONICA که روی یک تلسکوپ 2/8 متری نصب شده است برای تصویربرداری از فضای اطراف ستاره استفاده کردند.

تصویر حاصل از این روش نشان داد که ناحیه مرکزی توده سحابی از ماده ای پر شده است که شبیه یک چشمه نور نقطه ای به نظر می رسد و اطراف آن را حباب های نورانی بسیار زیادی فرا گرفته است. در قدم بعدی برای به دست آوردن منظره ای واضح تر، ستاره شناسان از تداخل سنجی استفاده کردند.

در این تکنیک از دو یا چند تلسکوپ برای به دست آوردن تفکیک زاویه ای استفاده می شود. اگر از تکنیک فوق استفاده نشود برای به دست آوردن تفکیک زاویه ای مشابه باید تلسکوپی به قطر فاصله میان تلسکوپ های به کار رفته استفاده شود. برای بررسی دقیق روشنایی ستاره، تلسکوپ های 2/8 متری کارایی لازم را نداشتند و همین امر باعث روی آوردن ستاره شناسان به استفاده از تداخل منبع VINCI بود.

طی شب های متعددی، دو تلسکوپ کوچک ستاره ETA Carinae را زیرنظر داشتند و پرتوهایی را که از ستاره دریافت می کردند به یک کانون مشترک می تاباندند. با این ترفند، سنجش اندازه زاویه ای این ستاره میسر شد. با این روش ها دانشمندان توانستند که در تصاویر گرفته شده ناحیه مربوط به فضای ابری اطراف ستاره را شناسایی کنند و با حذف آن از تصویرهای به دست آمده شکل واقعی ستاره نمایان شد.

با استفاده از تکنیک های نوین ستاره شناسان موفق شدند اطلاعات فضایی را در مقیاس 005/0 آرک ثانیه با جزئیات کامل به دست آورند این مقدار معادل 11 واحد نجومی است و هر واحد نجومی برابر 1650 میلیون کیلومتر است. با این محاسبات بود که معلوم شد اندازه واقعی شعاع ستاره از مرکز منظومه ما تا مدار مشتری است.

اگر بخواهیم مثالی ساده برای درجه تفکیک به دست آمده بزنیم می توان گفت که این کار ستاره شناسان معادل تشخیص یک تخم مرغ از توپ بیلیارد از فاصله 2000 کیلومتری است.مشاهدات VLTI مایه تعجب هرچه بیشتر ستاره شناسان شد. آنها دریافتند که گاز اطراف ستاره به طرز شگفت آوری در حال امتداد یافتن است. این امتداد متقارن نیست و در طول دو محور انجام می شود، به طوری که امتداد در راستای یکی از محورها یک ونیم برابر محور دیگر است.

باتوجه به تئوری های جاری، ستاره ها بیشتر جرم خود را در ناحیه استوایی از دست می دهند. این وضعیت به این خاطر است که در ناحیه استوایی گاز خارج شونده از ستاره به خاطر نیروی گریز از مرکز شتاب بیشتری به دست می آورد.

اگر وضعیت گفته شده درباره ETA carinae هم درست باشد، باید محور چرخش ستاره که از قطب های ستاره می گذرد، عمود بر ابر قارچی شکل باشد. اما از طرف دیگر غیرممکن به نظر می رسد که ابرهای قارچی همانند پرهای چرخ در اطراف ستاره باشند درواقع توده گازی خارج شده از ستاره در سال 1841 به شکل حلقوی یا هلالی بود.سرنوشت این قبیل ستاره های بزرگ توسط نظریه پردازان پیش بینی شده است. فرض قوی این است که ستاره به خاطر چرخش سریع از حالت کروی خارج خواهد شد و پهن تر خواهد شد در نتیجه نقاطی که به مرکز ستاره نزدیک تر می شوند بیشتر گرم می شوند، زیرا به نواحی گداخت نزدیک تر می شوند.

در نتیجه لایه های بیرونی در این محوطه ها گرمای بیشتری به دست خواهند آورد و با شتاب بیشتری نسبت به ناحیه استوایی از ستاره جدا خواهند شد. با فرض اینکه این مدل درست باشد ستاره شناسان سرعت چرخش ستاره به دور خودش را حساب کردند. نتیجه محاسبات نشان دادند که ستاره با سرعتی معادل 90درصد سرعت ماکزیمم در حال چرخش است. سرعت ماکزیمم، سرعتی است که اگر ستاره به آن سرعت برسد، متلاشی خواهد شد. پس این ستاره به پایان عمر خود بسیار نزدیک شده است.

ETA Carinae انفجار مشابه دیگری را در سال 1890 تجربه کرده است و اینکه انفجارهای مشابه دیگر چه موقع روی خواهند داد هنوز به درستی معلوم نیست. اما آنچه که قطعی است این است که این غول بزرگ بسیار ناپایدار شده است و مدت زیادی دوام نخواهد آورد. در حال حاضر این ستاره جرم خود را با چنان سرعت زیادی از دست می دهد که حتی اگر متلاشی نشود تمام جرم آن ظرف 100 هزار سال آینده تمام می شود.

اما احتمال زیاد این است که ستاره قبل از نابودی کامل به ابرنواختر تبدیل شود. در آن هنگام است که چنین اتفاقی خواهد افتاد حتی اگر روز باشد با چشم غیرمسلح این ستاره قابل رویت خواهد شد. این اتفاق در مقیاس زمانی نجومی بسیار زود روی خواهد داد. شاید در همین 10 تا 20 هزار سال آینده.

منبع :www.sharghnewspaper.com

کهکشانها  

مقدمه   

کهکشان به مجموعه ستارگان ، گاز و غبار گفته می شود که با نیروی جاذبه کنار هم نگاه داشته شده‌اند. کوچکترین کهکشانها دارای عرضی برابر با چند صد سال نوری ، شامل حدود 100000 میلیارد سال ستاره هستند. بزرگترین کهکشانها تا 3 میلیون سال نوری عرض دارند و شامل بیش از 1000 میلیارد ستاره هستند.

اشکال کهکشانها بر اساس شیوه‌ای طبقه بندی می‌شود که طبق شیوه طبقه بندی ستاره شناس آمریکایی ، ادوین هابل (1953- 1986) ، شکل یافته است. در مورد تکامل کهکشانها اطلاعات قطعی کمی در دست است. تنها مطلب مورد اطمینان این است که کهکشانها میلیاردها سال پیش به شکل توده‌ای از ابرهای گازی و غباری بوجود آمدند.  

کهکشان بیضوی   

کهکشانهای نامنظم هیچ شکل یا ساختار منظمی ندارند، آنها دارای جرم بیشتری از کهکشانهای دیگر هستند و بیشتر ستاره‌های موجود در آنها دارای طول عمر کم و درخشان می‌باشند. با وجود اینکه بسیاری از کهکشانهای نا منظم در بر گیرنده نواحی تابان گازی هستند که ستاره‌ها در آنها شکل می‌گیرند، بیشتر گاز میان ستاره ای کهکشانها بایستی متراکم شوند تا ستاره‌های جدیدی بوجود آورند. حدود 5% از هزار کهکشان درخشان را کهکشانهای نا منظم تشکیل می‌دهند. این در حالی است که یک چهارم کهکشانهای شناخته شده نیز کهکشانهای نامنظم هستند.  

کهکشانهای مار پیچی   

کهکشانهای مارپیچی دارای بازوهایی هستند که شکلی مارپیچی در اطراف بر آمدگی مرکزی یا هسته ، قرصی ایجاد می‌کنند که چرخش هسته با چرخش بازوهای آن همراه می‌شود. جوانترین ستاره‌های کهکشانهای مارپیچی در بازوهای کم توده یافت می‌شوند و ستاره‌های کهن اکثرا در هسته متراکم قرار دارند. کهنترین ستاره‌ها در هاله‌های کروی پراکنده قرار دارند و اطراف قرص کهکشانی را فرا گرفته‌اند. بازوهای مذکور همچنین دارای غبار و گاز فراوانی هستند که منجر به تشکیل ستاره‌های جدید می‌شود.  

کهکشان مارپیچی میله ای   

یک کهکشان مارپیچی میله‌ای دارای یک هسته برآمدگی مرکزی کشیده شده و میله‌ای شکل است. همزمان با چرخش هسته اینطور به نظر می‌رسد که در هر سوی هسته یک بازو نیز می‌چرخد. برخی ستاره شناسان عقیده دارند کهکشان راه شیری نیز یک کهکشان مارپیچی میله‌ای است. شکل کهکشانهای مارپیچی و کهکشانهای مارپیچی میله‌ای متغیر است.

از کهکشانهای با برآمدگیهای مرکزی بزرگ با بازوهای نه چندان بهم پیوسته تا کهکشانهای با برآمدگیهای مرکزی کوچک و بازوهای آزاد. گر چه کهکشانهای مارپیچی و مارپیچی میله‌ای پیش از این به عنوان دو نوع کهکشان متفاوت طبقه بندی می‌شدند، ولی امروزه ستاره شناسان آنها را مشابه می‌دانند.  

کهکشانهای بیضوی   

کهکشانهای بیضوی از نظر شکل ، از شکل بیضی‌گون (شبیه توپ فوتبال امریکایی) تا شکل کروی متغیر هستند و اشکالی ما بین این دو نیز یافت می‌شوند. بر خلاف کهکشانهای دیگر که نوری آبی از ستاره‌های فروزان و کم عمر منعکس می‌کنند، کهکشانهای بیضوی زرد رنگ بنظر می‌رسند. علت این امر توقف شکل گیری ستارگان در این کهکشانها می‌باشد که در نتیجه تقریبا تمام نور آنها از ستاره‌های غول سرخ که دارای طول عمر زیادی هستند تأمین می‌شود.  

کهکشانهای فعال و غیر عادی   

از تمام کهکشانها میزان معینی تشعشع الکترومغناطیسی ساطع می‌شود. برخی کهکشانها ، به طرز غیر عادی ، مقادیر زیادی تشعشع تابش می‌کنند. این کهکشانها ، کهکشانهای فعال نامیده می‌شوند. انرزی آنها از منبعی با جرم بسیار زیاد اما به هم فشرده که در مرکز کهکشان فعال قرار دارد تأمین می‌شود.

انرژی اغلب بصورت اشعه ایکس ، موج رادیویی و همچنین نور است و میزان انرژی آزاد شده به قدری زیاد است که نمی‌توان تصور کرد ستاره‌ها آنرا بوجود آورده باشند. ستاره شناسان بر این عقیده اند که تنها جسمی که قادر است این مقدار انرژی را ازاد کند یک حفره سیاه فوق العاده پر جرم است. بنابر این، علت اینکه برخی کهکشانها از جمله کهکشان خودمان انرژی نسبتا کمی آزاد می‌کنند این است که حفره سیاه مرکزی کوچکی را در میان گرفته‌اند.  

کوازارها   

بنظر می‌رسد که کوازارها (شبه ستاره‌ها) هسته فعال کهکشانهای دور دست باشند. آنها درخشانترین ، سریعترین و دورترین اجرام شناخته شده در جهان هستند. کوازارها همانند ستارگان از سطح زمین به مثابه یک نقطه نورانی خیلی ریز دیده می‌شوند. اگر چه کوازارها فقط به اندازه منظومه شمسی هستند، نور برخی از آنها مسافتی در حدود 10 میلیارد سال نوری را طی می کند تا به ما برسد. ما برای اینکه بتوانیم چنین اجرام دوری را شناسایی کنیم نیاز به تابش زیاد نور آنها داریم. تشعشع انرژی بعضی از کوازارها حدود 100 برابر تشعشع کهکشانهای عظیم است.

با گسترش جهان کوازارها که در لبه خارجی آن قرار دارند بسرعت از زمین فاصله می‌گیرند. دورترین کوازارهایی که قابل رویت حدود 12 میلیارد سال نوری در جهت انتهای قابل مشاهده جهان قرار دارند. بخاطر زمان زیادی که طول می‌کشد تا نور کوازارها به زمین برسد، این کهکشانها ستاره شناسان را قادر می‌سازند تا جهان را در اولین مراحل شکل گیری ، مورد مطالعه قرار دهند. کوازارها فوق العاده درخشان و در عین حال بسیار مهم فشرده می‌باشند. در مقایسه با گستره کهکشان راه شیری که 100000 سال نوری می‌باشد، کوازارها قطری معادل چند روز یا هفته نوری را تشکیل می‌دهند.  

کهکشانهای رادیویی   

تمامی کهکشانها ، موج رادیویی ، نور قابل رویت و انواع تشعشع از خودشان تولید می‌نمایند. انرژی رادیویی یک کهکشان رادیویی خیلی متراکمتر از انرژی کهکشانهای معمولی است. این انرژی از دو قطعه خیلی بزرگ ، یا ابرهای عظیم الجثه متشکل از ذرات در حال دور روشن از کهکشانها تشتشع می‌یابند.

این ابرهای عظیم از فورانهای گازی که از مرکز کهکشان با سرعتی معادل یک پنجم سرعت نور خارج می‌شوند، در آسمان شکل می‌گیرند. به نظر می‌رسد که فوران این انرژی عظیم توسط یک حلقه پیوستگی صورت می‌گیرد که یک حفره سیاه خیلی متراکم را در بر می‌گیرد و در مرکز کهکشان واقع است. از هر یک میلیون کهکشان فقط یکی از آنها یک کهکشان رادیویی است.  

تصادم کهکشانها   

بیشتر کهکشانها از کهکشانهای همسایه خود صد هزار سال نوری فاصله دارند. به هر حال، بعضی از کهکشانها تا اندازه‌ای به یکدیگر نزدیک می‌شوند که نیروی جاذبه دو طرفه آنها اشیاء موجود در کهکشانها دیگر را به اطراف خود می‌کشد و این امر باعث بوجود آمدن توده‌هایی به نام دنباله‌های کشندی می‌گردد، که این دنباله‌ها مانند پلی کهکشانها را به یکدیگر وصل می‌نمایند. نزدیکی بیش از حد کهکشانها ممکن است، توأم با تصادم آنها گردیده و به دنبال این عمل یک تغییر شکل بنیادی در شکل ظاهری آنها صورت پذیرد.

انرژی تاریک

آیا میزان "انرژی تاریک" موجود در کیهان ثابت است؟

یک تحقیق جنجال برانگیز جدید دلالت بر آن دارد که "انرژی تاریک" یعنی نیروی اسرارآمیزی که اجزای کیهان را از یکدیگر دور می‌سازد، بر خلاف نظر اینشتاین و دیگر فیزیکدانان، مقدار ثابتی ندارد و کمیت آن در طول زمان دستخوش تغییر شده و زمانی همین نیروی اسرارآمیز اجزای کیهان را به یکدیگر جذب می‌کرده است.

اخترشناسان مفهوم "انرژی تاریک" را به این منظور به کار گرفته‌اند که بتوانند پدیده‌ای را که در اواخر دهه ‪ ۱۹۹۰از رصد سوپر نواها (نواخترها) به آن پی بردند تبیین کنند.

این پدیده عبارت بود از دور شدن کهکشانها از یکدیگر با شتابی به مراتب بیش از آنچه که در گذشته تصور می‌شد. به عبارت دیگر اخترشناسان دریافتند که کهکشانها نه تنها در حال دور شدن از یکدیگرند که در عین حال شتاب این دور شدن نیز مستمرا در حال افزایش است.

در اواخر دهه ‪ ،۱۹۹۰اخترشناسان هنگام رصد سوپرنواها متوجه شدند که نور انها به مراتب ضعیف تر از حد مورد انتظار است. این امر به این معنی بود که فاصله سوپرنواها از زمین به مراتب دورتر از حدی بود که
اخترشناسان حدس می‌زدند. ازدیاد این فاصله، به اعتقاد اخترشناسان، ناشی از تاثیر یک نیروی دافعه است که برای آن نام موقت انرژی تاریک در نظر گرفته شده است.

اما اخترشناسان هنوز به درستی نمی‌دانند که این انرژی تاریک چیست.

انواع نظریه‌ها برای توضیح این پدیده اسرارآمیز پیشنهاد شده است. از انرژی موجود در خلایی که در کیهان حضور دارد تا نوعی انرژی موسوم به "اسطقس" یا آخشیج پنجم ‪.quintessence
در حالیکه انرژی خلاء موجود در فضا مقدار ثابتی دارد و اینشتاین از آن با عنوان "ثابت کیهانی" یاد کرد، مقدار اسطقس در طی زمانهای مختلف و در مکانهای متفاوت تغییر می‌کند.

رصدهای کیهانی که تا این زمان بر روی سوپر نواها به انجام رسیده فرضیه مربوط به ثابت کیهانی را مورد تایید قرار داده است. در یک بررسی جدید روی حدود ‪ ۷۰سوپر نوا روشن شده که قوت نیروی دافعه ناشی از انرژی تاریک طی ‪ ۸میلیارد سال گذشته تا ‪ ۲۰درصد افزایش یافته است.

اما سوپر نواها که اختران چگالی هستند که تحت فشار نیروی وزن خود منفجر می‌شوند و نور و انرژی به اطراف می‌پراکنند، به واسطه فاصله زیادی که از زمین دارند پرتو ضعیفی از انها به تلسکوپهای زمینیان می‌رسد و بنابر این نمی‌توانند اطلاعات زیادی به اخترشناسان ارائه دهند.

از همین رو شماری از اخترشناسان به سراغ پرتوهای پرقدرت گاما رفتند که به صورت پالسهای فوق‌العاده قدرتمند در هنگام مرگ ستارگان بسیار بزرگ ظاهر می‌شوند. این پرتوها ‪ ۱۰۰برابر درخشان‌تر از پرتوهایی هستند که از سوپر نواها تولید می‌شوند و بنابراین می‌توان آنها را در فواصل دورتر نیز رویت کرد.

یک اختر شناس از دانشگاه ایالتی لوئیزیانا در شهر باتون روژ به نام بردالی شیفر با استفاده از رصدهایی که در مورد ‪ ۵۲نمونه از این پرتوهای گاما به انجام رسانده مدعی شده که کمیت انرژی تاریک در طول زمان دستخوش تغییر شده است.

شیفر در بزرگترین مطالعه‌ای که در این حوزه انجام داده مشاهده کرد ‪۱۲ عدد از بزرگترین موارد ظهور پرتوهای پرقدرت گاما در فاصله تقریبا ‪۱۳ میلیارد سال نوری از زمین قرار دارند. این پرتوها پر نورتر از حدی که انتظار می‌رفت، بودند.

معنای این مشاهده آنست که کیهان در آن هنگام با شتابی ارام‌تر در حال انبساط بوده است. به گفته شیفر، میزان پرتو افشانی این ‪ ۱۲انفجار گاما شدیدتر از حدی بوده که بر اساس ثابت فرض کردن کمیت انرژی تاریک محاسبه می‌شود.

به اعتقاد این اخترشناس به نظر می‌رسد در آن دوران انرژی تاریک به عوض آنکه در کار انبساط کیهان بوده باشد سرگرم جمع کردن و جذب اجزای در حال انبساط بوده است.

اگر این ادعا درست باشد آنگاه پیش‌بینی آینده کیهان غیر ممکن می‌شود زیرا نمی‌توان رفتار هماهنگی را برای این انرژی تاریک یا اسطقس در نظر گرفت.

اما دیگر اخترشناسان هنوز از استدلالهای شیفر قانع نشده‌اند که باید دیدگاه خود را در خصوص کیهان تغییر دهند. به گفته این منتقدان سوپرنواهای موسوم به نوع الف از این خاصیت برخوردارند که همگی با انرژی ذاتی یکسانی منفجر می‌شوند و بنابراین در دل تاریک کیهان همچون شمع‌های استانداردی عمل می کنند که می‌توان پرتو دیگر اجرام را با آنها مقایسه کرد و انرژی آنها را اندازه گرفت. اما انفجارهای گاما از چنین خاصیتی برخوردار نیستند.

شیفر نیز برای رفع این نقیصه ناگزیر شده بود ‪ ۵مشخصه مختلف هر انفجار گاما را رصد کند. اما به اعتقاد دیل فریل از رصد خانه ناسیونال رادیو در نیو مکزیکو تفاوتهای میان پرتوهای گاما چنان گسترده است که امکان یک استنتاج مناسب را فراهم نمی‌آورد.

رابرت کریشنر از پیشاهنگان مطالعه درباره سوپرنواها نیز در تایید این نکته می‌گوید که روش شیفر نظیر استفاده از یک ابزار ضعیف برای مطالعه یک شی بسیار ظریف است و بنابراین نمی‌توان به نتایج حاصله اعتماد کرد.

با این حال شیفر ضمن اذعان به این نکته که نتایج انتشار یافته، نتایج اولیه به شمار می‌آیند تاکید کرده است که با کشف شمار بیشتری از پرتوهای گامای جدید و نیز بهبود روشهای محاسبه می‌توان نتایج خرسندکننده ای در این حوزه بدست