رمزگشایی تولد منظومه شمسی: یک دنباله‌دار بزرگ به سمت زمین می‌آید

دنباله‌دار برناردینلی-برنشتاین، فرصتی نادر را برای ستاره‌شناسان فراهم می‌کند تا جسمی را که از دوردست‌ها می‌آید، مورد مطالعه قرار دهند. این دنباله‌دار با فاصله 2.7 میلیارد مایلی از خورشید – 29 بار دورتر از زمین – تکه نوری کوچک از خورشید را از جرمی منعکس می‌کند که در حال نزدیک شدن به ما است. جرمی بزرگ، قدیمی و غیرقابل تصور.

حدود چهار ساعت بعد، در ساعات اولیه صبح 20 اکتبر 2014، یک تلسکوپ در صحرای آتاکاما شیلی نگاه خود را به آسمان معطوف کرد و تصویری از آسمان شب نیم‌کره جنوبی تهیه کرد تا بتوان نکاتی را از این نور منعکس شده دریافت.

با این‌حال، تقریبا 7 سال طول ‌کشید تا محققان آن نقطه عجیب نور را به عنوان دنباله‌دار بزرگ اولیه – احتمالا بزرگترین موردی که تا به‌ حال با تلسکوپ‌های مدرن رصد شده است- مورد مطالعه قرار دهند. بلاخره حضور این دنباله‌دار در آسمان در ماه ژوئن به صورت رسمی اعلام شد. اکنون محققان هرآنچه در مورد آن می‌دانند را، تحت مقاله‌ای در ژورنال Astrophysical Journal Letters به چاپ رساندند.

«پدرو برناردینلی»، محقق پسادکترا در دانشگاه واشنگتن می‌گوید: « تلفن من مدام زنگ می‌خورد. راستش انتظار نداشتم که جامعه علمی این چنین از دنباله‌دار استقبال کند.» او در هفته‌های پایانی دوره دکترا خود این دنباله‌دار را به صورت مشترک با محققی از دانشگاه پنسیلوانیا کشف کرد.

آخرین برآوردها تقریب می‌زند که هسته این دنباله‌دار عرضی 93 مایلی (150 کیلومتری) دارد. این بزرگترین تخمینی است که در چند دهه گذشته برای اندازه هسته یک دنباله‌دار زده شده است. در مقابل، دنباله‌دار 67P/Churyumov–Gerasimenko که فضاپیمای Rosetta  متعلق به آژانس فضایی اروپا از سال 2014 تا 2016 در مدار آن بود، تنها 2.5 مایل عرض داشت.

«میشل بانیستر»، ستاره‌شناس دانشگاه کانتربری نیوزلند که در این‌باره می‌گوید: «ما تاکنون شاهد دنباله‌دارهایی با اندازه‌های مختلف بود. دنباله‌دار برناردینلی-برنشتاین می‌تواند در کنار بزرگترین دنباله‌دارهای تاریخ قرار بگیرد. یکی از آن‌ها دنباله‌داری است که در سال 1729 به درون منظومه شمسی سفر کرد.»

در دهه آینده، برناردینلی-برنشتاین با نزدیک شدن به منظومه شمسی، درخشان‌تر نیز خواهد شد. این دنباله‌دار در تاریخ 21 ژانویه 2031 به نزدیکترین فاصله خود با زمین می‌رسد. در این تاریخ برناردینلی-برنشتاین در فاصله حدود یک میلیارد مایلی – کمی دورتر از فاصله متوسط زحل – نسبت به زمین خواهد بود. سپس عقب‌نشینی طولانی خود به حوزه‌های بیرونی منظومه شمسی را آغاز خواهد کرد و حداقل تا دهه 2040 قابل مشاهده نخواهد بود.

بسته به میزان گاز خروجی دنباله‌دار در اثر تبخیر یخ‌هایش در اثر تابش نور خروشید، برناردینلی-برنشتاین می‌تواند به اندازه بزرگترین قمر زحل، تیتان، در آسمان شب درخشان شود. اگر چنین باشد، دنباله‌دار را می‌توان در سال 2031 با یک تلسکوپ مناسب در حیاط خانه نیز مشاهده کرد.

برناردینلی-برنشتاین به جز اندازه بزرگی که دارد، به علت فاصله‌ای که در اولین رصد نسبت به خورشید داشت، برای ستاره‌شناسان بسیار قابل توجه است. این شی یخی از ابر Oort سرچشمه می‌گیرد – یک غبار عظیم کروی از اجسامی که تا فواصلی هزاران بار دورتر از زمین، خورشید را احاطه کرده‌اند.

ستاره‌شناسان ادعا می‌کنند که میلیون‌ها سال طول خواهد کشید تا برناردینلی-برنشتاین به دور خورشید بچرخد. تاکنون تنها سه دنباله‌دار با چنین فواصلی در حال ورود به دورن ابر Oort کشف شده‌اند. برناردینلی-برنشتاین زمانی که هنوز بیش از 2.7 میلیارد مایل دورتر بود، رصد شد که رکورد هیجان‌انگیزی برای یک دنباله‌دار است. از آنجا که این دنباله‌دار خیلی زود کشف شده است، نسلی از ستاره‌شناسان فرصت کافی برای انجام مطالعه بر روی آن را خواهند داشت.

یک نقطه روشن در تاریکی

برناردینل-برنشتاین به لطف یک دوربین دیجیتالی بسیار حساس که در تلسکوپ بلانکو با عرض 13 فوت نصب شده است، مورد توجه بشر قرار گرفت. این تلسکوپ در رصدخانه Cerro Tololo در صحرای آتاکامی شیلی قرار دارد.

این دوربین به‌طورخاص به دنبال اجسام دور نبود. در حقیقت، این دوربین منبعی برای بررسی انرژی تاریک بود و از سال 2013 تا 2019 در حدود 80000 نور مختلف از مناطق وسیع آسمان جنوبی را جمع‌آوری کرده بود. این مجموعه از داده به دانشمندان در درک انرژی تاریک – نیروی اسرارآمیز کیهان – کمک کرده است. انرژی تاریک سبب انبساط شتابان جهان می‌شود. با این حال، تصاویری که با هدف مطالعه انرژی تاریک و دیگر پدیده‌های کیهانی گرفته شده‌اند، می‌توانند برای کشف اجسام دیگر در کیهان نیز مورد استفاده قرار بگیرند.

برناردینلی در دوره دکترا خود بر روی این داده‌ها به منظور یافتن اجسام ناشناخته دور از خورشید که به دور نپتون می‌چرخند، مطالعه می‌کرد. اما با مجموعه تصاویری بسیار بزرگتر از حد معمول روبرو شد. نمایش هر تصویر با وضوح کامل به شبکه‌ای از 275 تلویزیون HD نیاز داشت. برناردینلی ده‌ها هزار از این تصاویر را برای یافتن نقاط نوری با عرض چند پیکسل جستجو کرد.

او با هدف درک آنچه مشاهده می‌کرد، یک کد کامپیوتری نوشت که در تصاویر بدست آمده نقاطی را جستجو می‌کرد که در پس‌زمینه ستارگان دور حرکت می‌کردند. شش ماه محاسبات طاقت‌فرسا به کمک 200 کامپیوتر در آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده فرمی ایلینوی، در نهایت سبب شد تا 817 شی جدید پیدا شوند که مدار هیچ یک از آن‌ها با هیچ جسم شناخته‌ شده‌ای در منظومه شمسی مطابقت ندارد. برناردینلی و برنشتاین در آخرین مرحله، این لیست را به صورت دستی بررسی کردند تا مطمئن شوند که کد کار خود را به درستی انجام داده است.

در آن زمان بود که آن‌ها متوجه شدند جسمی درخشان با فاصله تریلیون‌ها مایل از خورشید در حال نزدیک شدن به زمین است.

برنشتاین می‌گوید: «یافتن دنباله‌دار همانند یافتن سوزن در انبار کاه بود. اما ما موفق شدیم.»

چرخاندن تلسکوپ‌ها به سمت برناردینلی-برنشتاین

برناردینلی و برنشتاین شواهد خود را برای حضور این دنباله‌دار به مرکز Minor Planet در کمبریج، ماساچوست ارائه دادند. این مرکز به عنوان منبعی رسمی در جهان برای ثبت دنباله‌دارها، سیارک‌ها و دیگر اجسام منظومه شمسی عمل می‌کند. در 19 ژوئن، این مرکز تائید کرد که این شی یک کشف جدید است. پنج روز بعد، این جسم به عنوان یک دنباله‌دار تائید شد و به افتخار زحمات این دو دانشجو، نام برناردینلی-برنشتاین برای آن برگزیده شد.

خبر کشف این دنباله‌دار به سرعت منتشر شد. در عرض چند روز، منجمان سراسر دنیا شروع به چرخاندن تلسکوپ‌های خود به سمت جسم ورودی و جستجوی بایگانی خود برای یافتن تصاویر دیگری از آن کردند که تا پیش از این مورد توجه قرار نگرفته بود.

ظرف 24 ساعت پس از اعلام این خبر، چندین تیم ستاره‌شناس تائید کردند که این دنباله‌دار به اندازه کافی گرد و غبار و گاز آزاد می‌کند تا به مرحله مشاهده شدن برسد – حتی اگر هنوز بیش از دو میلیارد مایل از خورشید فاصله داشته باشد.

دنباله‌دارها تا زمانی که به گرمای خورشید نزدیک نشوند، مواد زیادی از خود خارج نمی‌کنند تا ترکیبات یخ زده مستقیما به گاز تبدیل شوند. با این‌حال، به نظر می‌رسد برناردینلی-برنشتاین غنی از فَرّارهای گازسوز است که حتی در فضای سردسیری فراتر از نپتون نیز شروع به تصعید می‌کنند. مشاهدات نشان می‌دهد که این جسم نمی‌تواند زمان زیادی را برای غوطه‌وری در منظومه شمسی صرف کرده باشد.

سرنخ‌های بیشتری در مورد دم این ستاره دنباله‌دار می‌توان از تصاویر گرفته شده توسط TESS، تسلکوپ فضایی شکار سیارات خارجی که توسط ناسا اداره می‌شود، بدست آورد. به طرز عجیبی، این دنباله‌دار در داده‌های TESS بسیار درخشان‌تر از تصاویر بررسی شده در داده‌های انرژی تاریک بود. تیم محققان متوجه شد که تلسکوپ TESS مناطق بسیار بزرگتری از آسمان را نسبت به تلسکوپ صحرای آتاکاما پوشش می‌دهد. این بدان معناست که دنباله‌دار دمی عظیم و پراکنده دارد.

برناردینلی و برنشتاین با استفاده از داده‌های مطالعات انرژی تاریک، تصاویر زیادی را از این دنباله‌دار روی هم چیدند و سعی کردند این دنباله‌دار را شناسایی کنند. سرانجام، آن‌ها یک سیگنال بسیار ضعیف در داده‌های خود یافتند که نشان می‌داد دنباله‌دار شروع به انتشار گاز در فاصله 2.4 میلیارد مایلی از خورشید، تقریبا 40% دورتر از اورانوس کرده است.

با ردیابی چگونگی تغییر دنباله این ستاره در طول زمان و درخشندگی بیشتر آن با نزدیک شدن به خورشید، تیم محققان اکنون می‌تواند مدل شیمی این دنباله‌دار را بررسی کند. با توجه به اینکه نور خورشید در این فاصله بسیار ضعیف است، این دنباله‌دار یا دی‌اکسید کربن تولید می‌کند و یا نیتروژن.

«بن مونتت» یکی از محققان دانشگاه New South Wales در سیدنی، استرالیا می‌گوید: « داده‌هایی که TESS در اختیار ما قرار داده است، نشان می‌دهد که با تعداد کمی فوتون چه کارهایی بزرگی می‌توان کرد.»

آینده‌ای روشن

دانشمندان اکنون در تکاپو هستند تا برای رصد برناردینلی-برنشتاین ماموریتی را ترتیب ببینند. هنوز هیچ ماموریت رسمی توسط سازمان‌های فضایی اعلام نشده است. اما اگر آژانس‌های فضایی جهان به سرعت دست به کار شوند و حداکثر تا سال 2029 فضاپیمایی را پرتاب کنند، می‌توانند حرکت این دنباله‌دار را تا سال 2033 مورد بررسی قرار دهند.

محققان همچنین در تلاش هستند تا سفرهای گذشته این دنباله‌دار را در منظومه شمسی رمزگشایی کنند تا مشخص شود که چقدر توسط خورشید دچار تغییر شده است. برناردینلی و برنشتاین محاسبه می‌کنند که در سال 2031، این دنباله‌دار به نزدیکترین فاصله‌ به خورشید در سه میلیون سال آینده خواهد رسید.

با این‌حال، نگاه عمیق به گذشته بسیار دشوار است. دنباله‌دارهای ابر Oort بسیار دور هستند. مدار آن‌ها را می‌توان با عبور ستارگان شناسایی کرد. به عبارت دیگر، برای مدل‌سازی مدارهای آن‌ها نیاز است که حرکت ستارگان در راه شیری ترسیم شود. داده‌های جدید نشان می‌دهد که یک ستاره مشکل‌ساز می‌تواند هرگونه تلاش برای ردیابی مدار دنباله‌دار را دچار اختلال کند.

چندین سال است که دانشمندان می‌دانند در حدود 2.8 میلیارد سال پیش، ستاره‌ای شبیه به خورشید به نام HD 7977 از منظومه شمسی عبور کرده است. اما هیچ‌کس نمی‌داند دقیقا به کجا رفته است. در تحقیقات جدیدی که به مجله Astronomy & Astrophysics ارسال شده است، محققان Piotr Dybczyński و Sławomir Breiter از دانشگاه Adam Mickiewicz لهستان دریافتند که ما نمی‌دانیم HD 7977 از کدام طرف منظومه شمسی عبور کرده است.

این عدم قطعیت به این معناست که کشش گرانشی ستاره بر روی دنباله‌دارهای ابر Oort به خوبی درک نشده است. با درک این رخداد فیزیکی می‌توان زمان آخرین حرکت برناردینلی-برنشتاین و میزان نزدیک شدن آن به خورشید را با دقت بیشتری تخمین زد.

با نزدیک شدن این جرم به زمین، ممکن است مشاهدات منجر به تغییراتی در نتایجی شود که تاکنون بدست آمده است. به عنوان مثال، برآورد 93 مایل براساس روشنایی فعلی و همچنین مدل گرد و غبار و گازی که برای دنباله‌دار تخمین زده شده است، دچار تغییر می‌شود. از سویی دیگر، محاسبه اندازه دنباله‌دار با استفاده با این روش نیز یک کار پیچیده است. اگر مدل‌های خروج گاز از دنباله‌دار ناقص باشد، هسته می‌تواند بزرگتر از آنچه که هست، به نظر برسد.

«لوک دونز»، محقق در موسسه تحقیقاتی Southwest در بولدر، کلرادو می‌گوید: «آن‌ها کار خارق‌العاده‌ای انجام دادند. اما من فکر می‌کنم با نزدیک شدن دنباله‌دار درخواهیم یافت که این شی بسیار کوچکتر از چیزی است که تصور می‌شد.»

خبر خوب این است که برناردینلی-برنشتاین را می‌توان حداقل تا ده سال آینده توسط رصدخانه Vera C. Rubin در شیلی رصد کرد. در این مدت زمانی، تلسکوپ‌های این رصدخانه قادر هستند دیدگاه ما را نسبت به منظومه شمسی تغییر دهند و احتمالا دنباله‌دارهای بیشتری مانند برناردینلی-برنشتاین را کشف خواهند کرد.

در همین حین، هنگامی که دنباله‌دار به سمت ما در پرواز است، دانشمندان و مردم در سراسر جهان تلسکوپ‌های خود را به سمت آسمان شب می‌چرخانند و گلوله یخی عظیمی را مشاهده می‌کنند که دم بزرگ و مه‌آلودی دارد.