13.8 میلیارد سال پیش جهان ما در یک انفجار بزرگ به نام انفجار بزرگ متولد شد. این انفجار اولین ذرات زیراتمی و قوانین فیزیکی را که امروزه می شناسیم ایجاد کرد. حدود 370000 سال پس از تولد کیهان، عنصر هیدروژن تشکیل شد که عنصر سازنده ستارگان است. ذوب هیدروژن و هلیوم در درون ستارگان، عناصر سنگین تری را تولید کرد. اگرچه هیدروژن فراگیرترین عنصر در جهان باقی مانده است، ابرهای مستقل از گاز هیدروژن به سختی می توانند در فضای بین ستاره ای شناسایی شوند. به همین دلیل، بررسی مراحل اولیه شکل‌گیری ستاره‌ها که سرنخ‌هایی در مورد تکامل کهکشان‌ها و کیهان ارائه می‌دهند، دشوار است.
اکنون یک تیم بین المللی به رهبری ستاره شناسان موسسه نجوم ماکس پلانک (MPIA) به تازگی رشته های عظیم گاز هیدروژن اتمی را در کهکشان شناسایی کرده اند. این ساختار که مگی این کهکشان در فاصله 55000 سال نوری در کهکشان راه شیری قرار دارد و یکی از طولانی ترین ساختارهای مشاهده شده در کهکشان است.
تصویر بالا: بخشی از کهکشان راه شیری توسط آژانس فضایی اروپا در ماهواره گایا عکس گرفته شده است. در مستطیل، موقعیت رشته مگی در حالت رنگ کاذب نشان داده شده است. این رشته توزیع هیدروژن اتمی (پایین) را نشان می دهد. خط قرمز نشان دهنده مگی است.
این مقاله در مجله Astronomy & Astrophysics زیر نظر جوناس سید، دانشجوی دکترای MPIA منتشر شد. جوناس با محققان دانشگاه وین، موسسه اخترفیزیک هاروارد اسمیتسونیان (CfA)، موسسه ماکس پلانک برای نجوم رادیویی (MPIFR)، دانشگاه کلگری، دانشگاه هایدلبرگ، مرکز اخترفیزیک و علوم سیاره ای، موسسه نجوم ارگلاندر، همکاری آزمایشگاهی .
این مطالعه از داده های نقشه برداری خطی نوترکیب / OH / HI یا THOR استفاده کرد که یکی از برنامه های رصدخانه VLA (آرایه بسیار بزرگ) است. این پروژه با استفاده از صفحات رادیویی با موج سانتی متری VLA، تشکیل ابر مولکولی، تبدیل هیدروژن اتمی به مولکول، میدان مغناطیسی کهکشان و سوالات دیگر در مورد فضای بین ستاره ای و تشکیل ستاره را بررسی می کند.
هدف اصلی این پروژه این است که بفهمیم چگونه دو نوع متداول همگرایی گاز هیدروژن برای تشکیل ابرهای متراکم که منجر به تشکیل ستارگان جدید می شود، تشکیل شده است. این دو نوع هیدروژن اتمی (H) و هیدروژن مولکولی (H2) هستند. هیدروژن اتمی (H) یک اتم هیدروژن است که از یک پروتون و یک الکترون تشکیل شده است و نوترون ندارد. اما هیدروژن مولکولی (H2) از دو اتم هیدروژن تشکیل شده است که پیوند کووالانسی با هم دارند. ناگفته نماند که تنها هیدروژن مولکولی شکل ابرهای نسبتا فشرده ای را به خود می گیرد و راه را برای تشکیل ستارگان جدید هموار می کند.
فرآیند انتقال از هیدروژن اتمی به هیدروژن مولکولی هنوز ناشناخته است. در حالی که طولانی ترین ابرهای گاز مولکولی شناخته شده 800 سال نوری طول دارند، مگی 3900 سال نوری طول و 130 سال نوری عرض دارد. سید در دیدار اخیر می گوید:
موقعیت رشته مگی بر موفقیت ما تأثیر گذاشت. ما هنوز نمی دانیم در مگی چه می گذرد. اما این ریسمان برای نزدیک به 1600 سال نوری زیر صفحه راه شیری توسعه یافته است. مشاهدات همچنین به ما امکان می دهد تا سرعت اولیه گاز هیدروژن را تعیین کنیم. بنابراین، می توانیم نشان دهیم که سرعت ها در طول رشته تفاوت زیادی ندارند.
تجزیه و تحلیل محققان نشان می دهد که ماده موجود در میدان دارای سرعت متوسط 54 کیلومتر در ثانیه است. این سرعت با اندازه گیری نسبت به دیسک راه شیری به دست آمد. در نتیجه تابش در طول موج 21 سانتی متر نسبت به پس زمینه کیهانی شناسایی شد که منجر به کشف این ساختار شد. «هنریک باتر، ناظر THOR، یکی از نویسندگان این مطالعه، می‌گوید:
با مشاهدات توانستیم سرعت اولیه گاز هیدروژن را تعیین کنیم. به این ترتیب می توانیم تفاوت سرعت های کم را در طول رشته نشان دهیم.
محققان به این نتیجه رسیدند که مگی یک ساختار منسجم است. این یافته ها مشاهدات یک ساله Juan Disuller، اخترفیزیکدان دانشگاه وین و یکی از نویسندگان را تایید می کند. پس از دیدن رشته کوه، او طولانی ترین رودخانه کلمبیا، م سرزمین مادری خود را نام برد: ریو ماگدالنا، به اختصار مارگارت یا مگی. اگرچه مگی در اولین ارزیابی سولر در داده‌های THOR قابل شناسایی بود، اما فقط تحقیقات فعلی هرگونه شک و تردید را برطرف کرد.
بر اساس داده های قبلی، محققان دریافتند که 8 درصد مگی از هیدروژن مولکولی تشکیل شده است. آنها نگاه دقیق تری به گازهای همگرا در نقاط مختلف سری انداختند و به این نتیجه رسیدند که گاز هیدروژن در این موقعیت ها به ابرهای بزرگ متراکم شده است. سپس، آنها دریافتند که گاز اتمی به تدریج در این محیط ها مولکولی شده است. سید می افزاید:
بسیاری از سوالات بی پاسخ مانده است. ما امیدواریم که داده های بیشتر سرنخ هایی را در مورد بخش گاز مولکولی نشان دهد.
خوشبختانه به زودی مجموعه ای از رصدهای زمینی و فضایی آغاز خواهد شد و تلسکوپ های مجهز در آینده این سازه ها را بررسی خواهند کرد. این فناوری‌ها شامل تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) و نقشه‌های رادیویی مانند آرایه کیلومتر مربعی (SKA) می‌شود که به ما امکان می‌دهد آغازهای کیهانی و اولین ستاره‌های جهان را مطالعه کنیم.