فضاپیمای ویجر ۱ امواج پلاسما را شناسایی کرد

به گزارش گروه وبگردی خبرگزاری صدا و سيما، تا همین اواخر، هر فضاپیمایی در تاریخ تمامی اندازه‌گیری‌هایش را درون هلیوسفر (یک حباب مغناطیسی متورم که توسط باد‌های خورشیدی شکل گرفته) انجام داده است. اما در ۲۵ آگوست ۲۰۱۲، فضاپیمای ویجر ۱ ناسا این روند را تغییر داد.

با عبور ویجر ۱ از مرز هلیوسفر، این فضاپیما به اولین شیِ ساخته‌ی دست بشر تبدیل شد که وارد یک فضای میان‌ستاره‌ای شده و آن را اندازه‌گیری کرده است. اکنون هشت سال از سفر میان‌ستاره‌ای گذشته و داده‌های ویجر ۱ بینش‌های جدیدی را دربارۀ این فضا ارائه می‌دهد.

 

اگر هلیوسفر ما یک کشتی باشد که در آب‌های میان‌ستاره‌ای در حال سفر است، ویجر ۱ یک کشتی نجات است که از روی عرشه کشتی به پایین پرتاب شده و قرار است جریانات را پیمایش کند. از اینجا به بعد، هر آب ناهمواری که احساس کند غالباً از هلیوسفر ما ناشی شده است. اما در دوردست‌ها، تکان‌های ناشی از اعماق دورتری از کیهان را احساس خواهد کرد. در نهایت، حضور هلیوسفر ما کاملاً از اندازه‌گیری‌هایش ناپدید خواهد شد.

“استلا اوکر”، دانشجوی دکترا در دانشگاه کرنل در ایتاکا، نیویورک و جدیدترین عضو تیم ویجر گفت: «ما ایده‌هایی در این مورد داریم که ویجر باید تا چه حد دور برود تا بتواند آب‌های میان‌ستاره‌ای را ببیند. اما ما کاملاً مطمئن نیستیم که چه زمانی به آن نقطه می‌رسیم.»

voyager still یک مطالعه‌ی جدید، اولین اندازه‌گیری پیوسته‌ی تراکم ماده در فضای میان‌ستاره‌ای را نشان می‌دهد. محققان دانشگاه کرنل و دانشگاه آیووا با داده‌های فضاپیمای ویجر ۱ توانستند انتشار بسیار ضعیف امواج پلاسما در محیط میان ستاره‌ای را تشخیص دهند. به گفته محققان: «این تشخیص یک روش جدید برای اندازه‌گیری تراکم فضای میان‌ستاره‌ای در اختیار ما قرار می‌دهد و یک مسیر جدید را برای کشف ساختار محیط میان‌ستاره‌ایِ بسیار نزدیک باز می‌کند.»

وقتی مادۀ بین ستاره‌ها را مشاهده می‌کنیم – ستاره‌شناسان به آن «محیط میان‌ستاره‌ای» می‌گویند، یعنی گروه گسترده‌ای از ذرات و تابش – ممکن است یک محیط آرام، بی سر و صدا و ساکت را تصور کنیم. اما این اشتباه است. “جیم کوردس”، فیزیکدان فضایی در دانشگاه کرنل و یکی از نویسندگان مقاله گفت: من از عبارت «محیط میان‌ستاره‌ای ساکن» استفاده می‌کردم، اما شما می‌توانید مکان‌های زیادی را پیدا کنید که در واقع ساکن نیستند.»

همانند اقیانوس، محیط میان‌ستاره‌ای نیز مملو از امواج پرتلاطم است. بزرگترین موج ناشی از چرخش کهکشان ما است، یعنی وقتی فضا در جهت مخالف خود حرکت می‌کند و لرزش‌هایی به طول ده‌ها سال نوری را ایجاد می‌کند. امواج کوچکتر (اما همچنان غول‌پیکر) از انفجارات ابرنواختر ناشی می‌شوند که میلیارد‌ها کیلومتر از یکدیگر فاصله دارند. کوچکترین موج‌ها معمولاً ناشی از خورشید ما هستند، یعنی وقتی انفجارات خورشیدی، امواج شوک را در سرتاسر فضا منتشر می‌کنند که به درون آستر هلیوسفر نفوذ می‌کنند.

این امواج توفنده نشانه‌هایی را دربارۀ چگالی محیط میان‌ستاره‌ای ارائه می‌دهند – مقداری که بر درک ما از شکل هلیوسفر، شکل‌گیری ستاره‌ها و حتی موقعیت ما در کهکشان تأثیر می‌گذارد. همانطور که این امواج در میان فضا پخش می‌شوند، الکترون‌های اطراف خود را به ارتعاش در می‌آورند و بسته به اینکه چقدر در کنار هم قرار گرفته‌اند، فرکانس‌های خاصی خواهند داشت. هرچه گام این فرکانس‌ها بالاتر باشد، چگالی الکترون نیز بیشتر خواهد بود.

زیرسیستمِ موج پلاسمای ویجر ۱ – که شامل دو آنتن «داخلی» که در فاصلۀ ۱۰ متری فضاپیما متصل شده‌اند – برای شنیدن این گام‌های صدا طراحی شده است.
pia در نوامبر ۲۰۱۲، سه ماه پس از خروج از هلیوسفر، ویجر ۱ صدا‌های میان‌ستاره‌ای را برای اولین‌بار شنید. شش ماه بعد، یک «سوت» دیگر ظاهر شد – این بار بلندتر و حتی با گام بالاتر بود. محیط میان‌ستاره‌ای به نظر ضخیم‌تر و سریع‌تر بود. این سوت‌های لحظه‌ای در بازه‌های نامنظم در داده‌های ویجر امروزی ادامه پیدا می‌کنند. آن‌ها یک روش عالی برای مطالعه‌ی چگالی محیط میان‌ستاره‌ای هستند، اما نیاز به صبر دارد.

“اوکر” گفت: «آن‌ها فقط یک بار در سال دیده می‌شوند، بنابراین این رویداد‌های تصادفی، نشان می‌دهند که نقشه‌ی چگالیِ فضای میان‌ستاره‌ای پراکنده است.» “اوکر” تصمیم گرفت یک مقیاس از تراکم محیط میان‌ستاره‌ای پیدا کند تا شکاف‌ها را پر کند – مقیاسی که به امواج شوک که گاهی اوقات از خورشید منتشر می‌شوند، بستگی ندارد. او پس از فیلتر کردن داده‌های ویجر ۱، جستجوی سیگنال‌های ضعیف، اما سازگار را کشف کرد. ویجر در میانه‌ی سال ۲۰۱۷ شروع به جمع‌آوری داده کرد، درست زمانی که یک سوت دیگر شنیده شد.
ابزار موج پلاسما ویجر ۱ ارتعاشات پلاسمای متراکم میان ستاره‌ای یا گاز یونیزه را از اکتبر تا نوامبر ۲۰۱۲ و آوریل تا می ۲۰۱۳ تشخیص داد.

اوکر گفت: «این واقعاً یک تن مجزا است؛ و با گذشت زمان، تغییر آن را مشاهده می‌کنیم –، اما نحوۀ حرکت فرکانس به ما نشان می‌دهد که چگالی چگونه تغییر می‌کند.» اوکر این سیگنال جدید را «انتشار موج پلاسما» نامید که به نظر میزان چگالی فضای میان‌ستاره‌ای را نشان می‌دهد. وقتی سوت‌های ناگهانی در داده‌ها ظاهر شدند، تن انتشار همراه با آن‌ها افزایش و کاهش می‌یابد. همچنین این سیگنال شبیه سیگنالی است که در جو بالایی زمین رصد شده و میزان چگالی الکترون را در آنجا نشان می‌دهد.

“اوکر” گفت: «این واقعاً هیجان‌انگیز است، زیرا می‌توانیم چگالی را در گسترده‌ای طولانی از فضا به طور منظم نمونه‌برداری کنیم، طولانی‌ترین گسترۀ فضا که تاکنون داشته‌ایم. این کامل‌ترین نقشه‌ی چگالی و محیط میان‌ستاره‌ای است که تاکنون ویجر دیده است.»

 

نمودار سیگنال‌های ناشی از ارتعاشات پلاسمای متراکم میان ستاره‌ای

بر اساس این سیگنال، چگالی الکترون در اطراف ویجر ۱ در سال ۲۰۱۳ شروع به افت کرد و در میانه سال ۲۰۱۵ به سطوح فعلی‌اش رسید، یعنی یک افزایش ۴۰ برابر در چگالی. به نظر می‌رسد این فضاپیما در کل مجموعه داده‌ای که در اوایل سال ۲۰۲۰ تحلیل شد، در یک دامنه‌ی چگالی مشابه همراه با مقداری نوسان قرار دارد.

“اوکر” و همکارانش در تلاشند تا یک مدل فیزیکی از نحوۀ انتشار پلاسما توسعه دهند که کلید تفسیر آن خواهد بود. در ضمن، زیرسیستم موج پلاسمای ویجر ۱ داده‌های بیشتری را در فاصله‌ی دورتری از خانه ارسال می‌کند، جایی که هر کشف جدید پتانسیل آن را دارد که به ما کمک کند منزلمان در کیهان را دوباره تجسم کنیم. جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Nature Astronomy منتشر شده است.

ترجمه: سحر الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: NASA