رشته های متقاطع از یک ستاره غول قرمز در حال انبساط دیده می شوند. آیا آنها گاز داغ هستند و یا جریانی از ذرات باردار؟

جت های پیچیده ای از مواد به شکل حلقه، گره، و جریان های مارپیچیاز گازهای درخشان از CRL 618 خارج می شوند. شکل کلی به اصطلاح “سحابی سیاره ای” دو جت غول پیکر و دوشاخه در حال ظهور از ستاره را که نشان دهنده ی شکل مارپیچی در ابتدا است نشان می دهد.

با توجه به غالب نظریه ها، ستاره های غول سرخ منبسط می شوند زیرا بیشتر هیدروژن اولیه آنها “سوزانده” شده و وارد مرحله دیگری از زندگی می شوند، که مصرف هلیوم است، هلیومی که در واکنش های همجوشی هسته ای ایجاد شده اند. همانطور که اتم هیدروژن به هلیوم تبدیل می شود هلیوم (که سنگین تر از هیدروژن است) در هسته ی ستاره ای فرو می رود، جایی که در آن بیش از میلیون ها یا بیلیون سال انباشته می شود.

هنگامی که ستاره تقریبا سوخت هیدروژن خود را تمام کرد، منقبض می شود زیرا فشار تابشی دیگر برای غلبه بر نیروی گرانشی موثر نیست ، نیروی گرانشی که همواره برای منبسط شدن سطع تلاش می کند ولی سطح منقبض می شود. درحالی که انقباض ادامه می یابد فضار داخلی بالا می رود و ستاره بار دیگر گرم می شود تا زمانی که گرمای کافی برای چرخه هلیوم کربن فراهم شود. به طوری که تابش انرژی تولید شده از همجوشی هلیوم می تواند ستاره را تا مرحله غول سرخ شدن منبسط کند.

پس از اینکه مواد هسته ای ستاره به مرحله ای رسیدند که دیگر نمی توانستند عناصر سنگین تر تولید کنند، مدل فعلی تکامل ستاره ای پیش بینی می کند که ستاره لایه های خارجی خود را روشن می کند و گرمای آن را آزاد می سازد هسته ی متراکم به تدریج کوتوله سفید می شود. در این پیشروی، حجم بسیار زیادی از گاز و غبار درخشان اطراف ستاره ، اغلب تشکیل گردباد مارپیچی یا به شکل رشته بافته شده می دهند و شکلی شبیه به اسباب بازی های slinky به خود می گیرند و بین تئوریسین های مدل الکتریکی به عنوان جریان بیرکلند شناخته می شوند.

تخلیه الکتریکی در پلاسما یک غلاف مغناطیسی لوله مانند در امتداد محور آن ایجاد می کند. اگر به اندازه کافی جریان از طریق مدار باشد، تخلیه الکتریکی باعث می شود تا غلاف بدرخشد، گاهی هم باعث ایجاد تعداد دیگری غلاف در درون آن می شود. غلاف “دو لایه” نامیده می شود. دولایه ها هنگامی که بارهای مثبت در یک ناحیه از ابر پلاسما و بارهای منفی در ناحیه در همان نزدیکی هستند ایجاد می شوند. میدان الکتریکی قدرتمندی بین دوناحیه پدید می آید که ذرات باردار را شتاب می دهد. بارهای الکتریکی مارپیچی در میدان مغناطیسی اشعه ایکس، ماوراء بنفش شدید و گاهی گاما تابش می کند.

در تصویر CRL 618 دولایه درخشان است، که در معرض مرزهای مشخص بین غلاف ها. از زمانی که جریان های الکتریکی در طول غلاف ها جریان می یابند، رشته ها (جریان های بیرکلند) در مسافت های طولانی یکدیگر را جذب می کنند ولی هنگامی که خیلی نزدیک می شوند یکدیگر را دفع می کنند. به جای یکی شدن آنها به دور یکدیگر پیچ و تاب می خورند، در نهایت بصورت خطوط انتقال الکتریکی طولانی در فضا رشد می کنند. سحابی سیاره نما بنابراین باید به عنوان لوله هایی با طول چندین سال نوری باشند که دچار تخلیه الکتریکی گاز شدند.

ذیذگاه توافقی سحابی های سیاره نما بر اساس امواج شوک انفجاری از طریق ابرهایی از گاز داغ است. از زمانی که وقایع گرمایی و جنبشی بی نظم هستند، با این تعریف هر نوری که از این وقایع می آید باید فرکانس های چند گانه را نشان دهد. گرچه، در CRL 618 بالای ۹۰% نور دیده شده در یک محدوده کوچکی از فرکانس است و عمدتا از اکسیژن یونیزه است.

همانطور که هانس آلفون مشاهده کرد، جهان، به زمین بازی تئوری پردازان تبدیل شده است، کسانی که هیچگاه پلاسما در آزمابشگاه ندیده اند. بسیاری از آنها هنوز هم به فرمول هایی که ما از تجربیات آزمایشگاهی می دانیم اشتباه است اعتقاد دارند.

آلفون آن نقطه از زندگی اش را خاطرنشان کرد: مفروضات اساسی کیهانشناسان امروز با پیچیده ترین روش های ریاضی توسعه یافته و تنها پلاسما زیبایی این نظریات را درک نمی کند و از آنها پیروی نمی کند.

استفان اسمیت

ترجمه: فرشته معماریان

A Twist of Plasma

Translator: Fereshteh Memarian

شکل (۱): نحوه توزیع ماده در کائنات از دیدگاه دو مدل بیگ بنگ و کیهان شناسی پلاسما

پلاسما، گاز یونیزه شده، شبه خنثی متشکل از ذرات باردار و خنثی است که رفتار جمعی از خود نشان می دهند. گاز یونیزه شده ای که الکترون های آزاد آن تقریبا برابر با یون های مثبت آن می باشد. ویلیام کروکز برای اولین بار پلاسما را به عنوان حالت به خصوصی از ماده معرفی کرد.

جزیره ی کیهانی یا مجموعه ی گسترده ای از ستارگان ،تعریفی از کهکشان است که به طور معمول بکار برده میشود. به دلیل وجود فاصله ی زیاد میان ستارگان حتی در متراکم ترین مناطق کهکشان این تعریف مقداری گمراه کننده است بنابراین، توده ی وسیعی از ابر های پلاسمایی که شامل جریان های الکتریکی قوی و سحابی ها، ستاره ها و سیارات است، می تواند تعریف بهتری از کهکشان باشد.

شکل (۲) که اولین بار توسط هانس آلفون در سال ۱۹۸۱ مطرح شد ساختار کهکشان ها را توضیح می دهد.

این شکل یک مقطع عمودی از یکی از سه بعد این تصویر است. خط افقی در مرکز تصویر در واقع یک دیسک دایره ای است که در صفحه ی افقی قرار دارد، که صفحه ی مارپیچی کهکشان است.خطوط عمودی موازی که از مرکز کهکشان در امتداد محور چرخش بیرون می آیند نشان دهنده ی یک جریان الکتریکی قوی در پلاسما است که به عنوان جت قابل مشاهده است.

شکل (۲): تصویر شماتیک یک کهکشان مارپیچی که از لبه نشان داده شده است و اولین بار توسط آلفون در سال ۱۹۸۱ مطرح شد.

لایه های دوتایی شکلی ازپلاسما هستند که شامل دو لایه موازی با بار های الکتریکی مخالف هم و دارای میدان الکتریکی قوی و منبع تابش های امواج رادیویی هستند که کلمه ، DL، در شکل(۲) لایه ی دوتایی همراه با جت پلاسمایی را نشان می دهد. دو ساختار نامنظم در سمت چپ تصویر دو منبع رادیویی که در بسیاری از کهکشان ها رصد شده است را نشان می دهد. این ها به دلیل حضور لایه های دوتایی هستند. در برخی از کهکشان ها جت پلاسمایی در حالت جریان تاریک قرار دارند؛ در برخی دیگر آن ها را می توان به وضوح دید.
شکل کلی از یک دیسک دوار حامل جریان های الکتریکی در شکل(۲) توسط آلفون نشان داده شد که مثل موتورهموپولار است و دیسک افقی(بازو های کهکشانی) در جایی قرار دارد که جریان ،I ، حداقل پخش شدگی را دارد و چگالی جریان بیشینه است که در این ناحیه ستارگان جمعیت I یافت می شوند.شکل (۳) کهکشان قنطورس A هست که جت های آن به وضوح در تصویرقابل مشاهده است. ادعای هالتون آرپ مبنی بر اینکه کوازار ها از مرکز کهکشان های سیفرت در امتداد محور چرخش منتشر می شوند توسط این تصاویرحمایت می شوند. به یاد داشته باشید که لایه های دوتایی مکان های Z- پینچ (تنگش پلاسما در راستای محور Z ) های قوی الکترومغناطیسی هستند که می توانند مواد پراکنده را به مواد متراکم فشرده سازی کنند.

شکل(۳): کهکشان قنطورس A که جت های آن از دو قطب آن منتشر شده است.

در بسیاری از کهکشان ها ساختار جت ها درنور مریی قابل مشاهده نیستند. بنابراین تا زمان پیشرفت و توسعه ی تلسکوپ های ماهواره ای فروسرخ و اشعه ایکس، بسیاری از این ویژگی ها کشف نشده باقی مانده بودند. در حال حاظر بسیاری از تصاویر کهکشان ها نشان دهنده ی ساختار آلفون است. شکل (۴) از کهکشان M82 توسط تلسکوپ ماهواره ای فروسرخ سوبارو بدست آمده است و همچنین کهکشان آندرومدا، شکل(۵)، که توسط رصد خانه ی فضایی فروسرخ سازمان فضایی اروپا به ثبت رسیده است.

شکل(۴): تصویر کهکشان M82 که توسط تلسکوپ فضایی سوبارو به ثبت رسیده است.

شکل(۵): همسایه ما کهکشان آندرومدا، M31 ، ساختار دیسک مانند موتور هموپولار را از خود نشان می دهد. در تصویر سمت چپ یک تصویر عادی، در نور مریی از کهکشان M31 است. در تصویر سمت راست تصویری از همان کهکشان که توسط رصخانه فضایی فروسرخ (ISO) توسط ESA بدست آمده است.

آلفون همچنین پیشنهاد داد که ستارگان تنها نیز چنین ساختاری را دارند. او یک شکل تقریبا یکسان را برای سازوکار یک ستاره معمولی پیشنهاد داد. توجه داشته باشید که پلاسما ممکن هست در حالت قابل مشاهده یا در حالت جریان تاریک باشد. بنابراین همه تصاویر از ستارگان این ساختار را از خود نشان نمی دهند، اما بعضی نشان می دهند. جریان هلیوسفریک آلفون در شکل(۶) نشان داده شده است. از آنجا که خورشید ما یک ستاره ی معمولی است، این نمودار به خوبی رفتار خورشید را توجیه می کند. جریان های بیرکلند معمولا به جریان های الکتریکی داخل یونوسفر سیاره نسبت داده می شود که در امتداد خطوط میدان مغناطیسی حرکت می کنند، و گاهی اوقات برای توصیف هر جریان الکتریکی همخط شده با میدان در یک پلاسمای فضایی بکار برده می شود. آنها با حرکت پلاسما عمود بر میدان مغناطیسی تولید می شوند. جریان های بیرکلندی اغلب به صورت رشته ای هستند.

شکل(۶): مدل پیشنهادی آلفون برای ستارگان تنهایی مانند خورشید. جریان های بیرکلندی که از قطب های ستاره بیرون می آید که به صورت جت های ستاره ای قابل مشاهده است.

مدل پیشنهادی آلفون تا بهار سال ۲۰۰۱ در حدس و گمان باقی ماند، زمانی که فضاپیمای اولیسس “لوله” های طویل پلاسمایی که از قطب پایین خورشید ما منتشر می شد را کشف کرد. همچنین درحال  حاضر تصاویر بسیاری از ستارگان تنها دارای جت موجود است. البته، آلفون معتقد بود همه ی ستارگان دارای جت هستند- اما برخی کم نور تر نسبت به بقیه دیده میشوند. در زیر یک جفت از تصاویر ستارگان است که به طور واضح جت های پلاسمایی و ویژگی های دیسک شکلشان را نشان می دهد.

شکل(۷): تصویر سمت راست(مرکز پرواز فضایی گودارد) که سیاره در یک آرایه مستقیم واقع شده در امتداد محور جت ستاره مادرشان تشکیل شده است. این توده ها به احتمال زیاد توسط لایه های دوتایی در آن محل تشکیل شده اند. در تصویر سمت چپ دمی با ساختار پیچشی یک جریان بیرکلند بزرگ که شامل لایه های دوتایی است به وضوح قابل مشاهده است. دکتر آنتونی پرات اشاره می کند که تعداد اجرامی که توسط اثر Z-پینچ در آنجا شکل گرفته است تقریبا ۹ است.

در سال ۱۹۵۰ به وسیله پلاسمای ایجاد شده در شدت جریان ۱۰۰۰۰ آمپر، در محیط آزمایشگاهی کهکشان ها توسط وینستون بوستیک شبیه سازی شدند، پس از آن آنتونی پرات با استفاده از پلاسمای کانونی و رشته های بیرکلندی، مکانیزم فعالیت کهکشان ها را آزمایش نمود، طبق آزمایشات وی در سال ۱۹۸۰، نتیجه پیچش دو رشته پلاسما با یکدیگر، شکلی مانند یک کهکشان مارپیچی را پدید آورد، در آزمایش وی این رشته ها در شدت جریان ۱۰^۱۸ آمپر قرار داشتند، در این آزمایش، نواحی مرکزی تابش سنکروترونی داشتند که جت هایی از آن نواحی به سمت خارج جریان می یافت، این جت ها در دو سوی مختلف ایجاد می گردند، یکی از آن ها از ذرات باردار یونی و یکی از ذرات الکترونی است، در دستگاه پلاسمای کانونی هنگامی که الکترون در یک میدان مغناطیسی به سرعت بالایی شتاب داده شود، اشعه ایکس تابش می کند. در یک جریان کهکشانی نیز نیروی الکتریکی در امتداد بازوهای مارپیچی به سمت مرکز جریان می یابد و در پلاسموید مرکزی متمرکز و ذخیره می شود تا پلاسموید به آستانه ی چگالی خود برسد. حالا در امتداد محور چرخش کهکشان دشارژ صورت می گیرد. که مشابه مکانیزم دستگاه پلاسمای کانونی است.

شکل(۸): شبیه سازی کهکشان ها در آزمایشگاه توسط آنتونی پرات که دو تار پلاسما را به هم برهمکنش داد.

گردآوری: فرزین جسینی

منابع:

۱٫Dense plasma focus for laboratory astrophysics, Iranian physical journal, H.R. Yousefi, Thornhill. 2009.

۲٫ William L. Laurence, “Physicist ‘Creates’ Universe in a Test Tube; Atom Gun Produces Galaxies and Gives Clues to Creation Cosmos ‘Created’ in a Test Tube”, New York Times, December 12, 1956,

۳٫ AL Peratt, Evolution of the Plasma Universe II: The Formation of the System of Galaxies. IEEE Transactions on Plasma Science. VOL PS 14, No 6, 1986

۴٫ AL Peratt, J Green and D Nielson (20 June 1980). “Evolution of Clliding Plasmas”. Physical Review Letters 44: 1767–۱۷۷۰٫ Bibcode:.44.1767P. doi:10.1103/PhysRevLett.44.1767

۵٫ Anthony L. Peratt, “Introduction to Plasma Astrophysics and Cosmology” (1995) Astrophysics and Space Science, v. 227, p. 3-11

۶٫ Thunderbolts TPOD, Galaxy Filaments, Jul 2004, &NRAO/AUI/NSF Yusef-Zadeh, et.al.

هرگونه استفاده و یا کپی برداری از متن تنها با ذکر نام “بخش فارسی پروژه بین المللی آذرخش” آزاد می باشد