کشف تاریخی در کیهان؛ نخستین فوران تاجی در ستارهای خارج از منظومه شمسی ثبت شد!
فوران تاجی مرگبار در ستاره StKM 1-1262؛ نشانهای از مرزهای شکننده زیستپذیری در کیهان
مشاهده نخستین فوران جرم تاجی در ستارهای خارج از منظومه شمسی، تهدیدی برای زیستپذیری جهانهای بیگانه.
مقدمه: لحظهای تاریخی در اخترفیزیک ۲۰۲۵
در سپهر علم ستارهشناسی، رویدادهایی معدود توانستهاند درک انسان از پویایی ستارگان را چنین دگرگون کنند؛ اما در سال ۲۰۲۵، اخترشناسان موفق شدهاند برای نخستینبار شاهد فوران جرم تاجی (CME) از ستارهای غیر از خورشید باشند. این پدیدهی انفجاری در ستارهی کوتولهی سرخ StKM 1‑1262 نه تنها نگاه ما به جو فعال ستارگان را تغییر داده، بلکه زنگ خطری برای مفهوم «زیستپذیری سیارهای» بهصدا درآورده است.
رصد این فوران با آرایهی فرکانس پایین اروپا (LOFAR)، نقطهی عطفی در تاریخ فیزیک ستارهای محسوب میشود؛ چرا که تاکنون وجود واقعی چنین فورانهایی در ستارگان خارج از منظومهی خورشیدی صرفاً بهصورت نظری مطرح بود. این کشف، شکاف عظیمی را که در مدلهای اقلیمی سیارات فراخورشیدی وجود داشت، پر کرده و نشان میدهد که فعالیتهای مغناطیسی شدید در ستارگان کمنور، ممکن است مهمترین عامل محدودکنندهی ظهور حیات در کهکشان باشد.
بخش اول: ماهیت فوران جرم تاجی چیست؟
فوران جرم تاجی، رویدادی است که در آن انبوهی از پلاسمای فوقداغ و ذرات باردار از لایهی بیرونی ستاره –«تاج»– به فضا پرتاب میشوند. انرژی آزادشده در این فرایند بهاندازهای عظیم است که میتواند میلیاردها تُن ماده را با سرعتهایی تا بیش از ۳۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه از سطح ستاره به بیرون پرتاب کند.
این پدیده نتیجهی بازاتصال (Reconnection) ناگهانی و پرشتاب خطوط میدان مغناطیسی در تاج ستاره است. هنگامی که تنش مغناطیسی در کرومسفر و تاج انباشته میشود، این میدانها بهطور ناگهانی شکل خود را تغییر میدهند و انرژی ذخیرهشده را به شکل تابش الکترومغناطیسی شدید (شراره خورشیدی) و انتشار تودهی پلاسمایی (CME) آزاد میکنند.
در خورشید، این رویدادها غالباً با شرارههای خورشیدی درهمتنیدهاند و محیط منظومهی شمسی ما را دائماً تحت تأثیر قرار میدهند. اما دربارهی ستارههای دیگر (بهویژه کوتولههای نوع M)، تا کنون شواهد مستقیم کمی وجود داشت. این برای نخستین بار است که یک فوران تاجی از ستارهای دوردست بهطور قطعی تایید میشود و دادههای آن نشان میدهد که مکانیسمهای فیزیکی فعال در این ستارگان بسیار قدرتمندتر از همتای خورشیدی ما هستند.
بخش دوم: ستاره StKM 1‑1262؛ کوتولهی سرخ مرموز
این ستاره، StKM 1‑1262، یک کوتولهی سرخ بسیار متداول است که از نوع طیفی M بوده و حدود دوسوم شعاع خورشید را داراست. با دمای سطحی تقریباً ۳۵۰۰ کلوین و درخشندگی پایین (حدود ۰.۰۱ درخشندگی خورشید)، معمولاً در گروه «کوتولههای سرخ کمنور» دستهبندی میشود. این ستارگان برخلاف ستارگان پرجرم، سوخت هیدروژن خود را بسیار کند میسوزانند.
کوتولههای سرخ حدود ۷۰ درصد جمعیت ستارگان کهکشان راه شیری را تشکیل میدهند – یعنی فراوانترین نوع ستاره در جهان هستند. این فراوانی، آنها را به اهداف اصلی برای جستجوی سیارات سنگی در ناحیهی سکونتپذیر تبدیل کرده است. برای مثال، منظومهی تراپیست-۱ (TRAPPIST-1) نمونهای مشهور از سیارات در مدار یک کوتولهی سرخ است.
به خاطر کمنور بودن و طول عمر فوقالعاده طولانیشان (تا تریلیونها سال)، این ستارگان به عنوان مطلوبترین میزبان برای سیارههای سنگی سکونتپذیر شناخته میشوند؛ زیرا زمان کافی برای تکامل حیات پیچیده فراهم میآید. اما اکنون یافتهی جدید سؤال مهمی را پیش میکشد: آیا چنین ستارههایی واقعاً محیطی امن برای حیات فراهم میکنند؟ طول عمر طولانی آنها تنها در صورتی ارزشمند است که سیارات مدارشان بتوانند این طوفانهای دورهای را تحمل کنند.
بخش سوم: کشف با LOFAR؛ از امواج رادیویی تا حقیقتی بزرگ
نحوهی رصد
تیم پژوهشی به رهبری جوزف کالینگهام از مؤسسهی رادیو اخترشناسی هلند (ASTRON)، از شبکهی عظیم LOFAR (Low-Frequency Array) استفاده کرد. LOFAR یک تلسکوپ رادیویی در مقیاس بزرگ است که از بیش از ۲۰ هزار آنتن مجهز به فرستنده و گیرنده در هلند، آلمان، سوئد و فرانسه تشکیل شده است. این آرایه بهطور خاص برای بررسی پدیدههای پرانرژی در فرکانسهای پایین رادیویی طراحی شده است که اغلب با فعالیتهای مغناطیسی شدید در ستارگان مرتبط هستند.
در طی هشت ساعت رصد مداوم از بخشی از آسمان که میزبان StKM 1‑1262 بود، تنها یک رخداد منطبق با «انفجار رادیویی نوع دوم» (Type II Radio Burst) شناسایی شد. این امضای طیفی خاص، که شامل یک افزایش ناگهانی در تابش سینکروترون است، گویای وقوع یک فوران جرم تاجی است که در آن پلاسما با سرعت بسیار بالا در حال عبور از شوکهای مغناطیسی تولید شده توسط CME است. این انفجار به ستارهی StKM 1‑1262 تعلق داشت و هیچ جرم دیگری در میدان دید LOFAR با این مشخصات همزمانی نداشت.
تحلیل دادهها
تحلیل دادههای بهدستآمده از LOFAR، با استفاده از روشهای پیچیدهی تخمین منبع، حاکی از آن بود که پلاسمای فورانیافته با سرعت حدود ۲۴۰۰ کیلومتر بر ثانیه از سطح ستاره جدا شده است. این سرعت در محدودهی بالایی سرعتهای مشاهدهشده در CMEهای خورشیدی قرار دارد، اما نکتهی حائز اهمیت این است که StKM 1‑1262 بهطور ذاتی، یک کوتولهی سرخ بسیار آرامتر و کمنورتر از خورشید است.
انرژی جنبشی تخمینی این فوران، بر اساس جرم تخمینزدهشدهی پلاسما (حدود (10^{14}) کیلوگرم) و سرعت فوق، معادل صدها برابر انرژی آزادشده از بزرگترین بمب هیدروژنی ساختهشده توسط بشر است. این مقدار انرژی، در قالب تابشهای رادیویی، اشعه ایکس و پلاسمای داغ، به فضای میانستارهای پرتاب شد. این محاسبات اولیه در مقالهی کالینگهام با فرمول کلی انرژی جنبشی (E_k = \frac{1}{2}mv^2) انجام پذیرفت.
بخش چهارم: پیامدهای این فوران بر سیارات فرضی اطراف
به گفتهی جولیان آلوارادو گومس از مؤسسهی اخترفیزیک لایبنیتس پوتسدام، چنین رویدادی برای هر سیارهی نزدیک (خصوصاً آنهایی که در ناحیهی سکونتپذیر با فاصلهی مداری مشابه عطارد یا زهره از خورشید میچرخند) میتواند ویرانگر باشد.
ذرات پرانرژی که از CME ساطع میشوند (شامل پروتونها و الکترونها)، دارای انرژی کافی هستند که میدان مغناطیسی سیاره را در هم بشکنند یا از آن عبور کنند. اگر سیارهای فاقد میدان مغناطیسی قوی باشد، این بادهای ستارهای میتوانند جو آن را بهتدریج فشرده یا حتی مستقیماً به فضا پرتاب کنند (فرآیندی شبیه آنچه برای مریخ رخ داد، اما با سرعتی بسیار بیشتر).
مدلسازیها نشان میدهد اگر سیارهای زمینمانند در ناحیهی سکونتپذیر این ستاره وجود داشته باشد (که از نظر دمایی ممکن است مناسب آب مایع باشد)، فورانی با چنین شدت میتواند در عرض چند ساعت جو آن را بهطور اساسی فشرده کرده و منجر به از بین رفتن کامل مولکولهای سبکتر (مانند آب و ازن) شود. این به معنای نابودی هرگونه زیست بالقوه یا سطوحی از آن است.
همین نکته باعث شده برخی پژوهشگران بپرسند که آیا «حیات در اطراف کوتولههای سرخ» اساساً شدنی است؟ زیرا حتی اگر حیات برای شکلگیری به زمان کافی دست یابد، تکرار این فورانها در مقیاس چندصدساله میتواند آن را در مراحل ابتدایی یا حتی پیشرفته از بین ببرد. این امر مفهوم سنتی ناحیهی سکونتپذیر (Habitable Zone) را بهشدت زیر سؤال میبرد و زون جدیدی را به نام «ناحیهی سکونتپذیر پایدار» (Sustained Habitable Zone) پیشنهاد میکند که نیازمند حفاظت مغناطیسی فراوان است.
بخش پنجم: مغناطیس کوتولههای سرخ؛ شمشیر دولبه
ستارههای نوع M دارای میدانهای مغناطیسی بینهایت قدرتمندی هستند؛ اغلب تا صد برابر قویتر از خورشید. این میدانهای قوی، که اغلب ناشی از نوع همرفت داخلی آنها (همرفت کامل) است، انرژی زیادی ذخیره میکنند که در نهایت در قالب فورانها آزاد میشود.
این میدانهای قوی، برخلاف تصور اولیه، نقش حفاظتی هم دارند—زیرا احتمال دارد پلاسمای فعال را درون لایههای بالایی تاج محبوس کنند و از فرار سریع آنها به فضا جلوگیری نمایند. این پدیده باعث میشود که کوتولههای سرخ «ساکتتر» از آنچه انتظار میرود به نظر برسند.
آلوارادو گومس توضیح میدهد که در مدلهای شبیهسازی پیشین، میدان مغناطیسی چنان شدید است که ذرات تا حدی در «تلهی مغناطیسی» باقی میمانند. ولی یافتهی اخیر StKM 1‑1262 نشان داده است که این «حبس مغناطیسی» همیشگی نیست. زمانی که میدانهای مغناطیسی درگیر دچار تنش بیش از حدی میشوند و فشار ناشی از پلاسمای داغ از آستانهی تحمل میدان فراتر میرود، دیوارهی مغناطیسی فرو میریزد و انفجاری عظیم و ناگهانی روی میدهد که همان CME مشاهدهشده است. این شکست مغناطیسی عامل اصلی انرژی ویرانگر فوران است.
بخش ششم: محاسبهی نرخ وقوع و پیامدهای آماری
بر اساس بازسازیهای آماری و دادههای جدید رصد شده، تیم کالینگهام به این نتیجه رسیدهاند که هر کوتولهی سرخ از نوع M در حدود هر ۵۰۰ سال یکبار فوران بزرگی (با انرژی معادل یا بیشتر از فوران مشاهدهشده) را تجربه میکند.
هرچند این بازهی زمانی برای مقیاس انسانی بسیار طولانی است، اما در چارچوب فرگشت زیستی، بهویژه در سیاراتی که به منابع انرژی کمتری نسبت به زمین دسترسی دارند، بسیار کوتاه محسوب میشود. حیات برای شکلگیری پایدار و تکامل به سطوح پیچیده، نیازمند آرامش محیطی صدها میلیون یا حتی میلیاردها ساله است. بنابراین، حتی سیارهای با جو ضخیم و میدان مغناطیسی مناسب نیز ممکن است در برابر فورانهای مکرر، فرصت کافی برای حفظ زیستلایه (Biosphere) خود نداشته باشد.
از سوی دیگر، این انفجارها خود میتوانند بر تکامل مغناطیسکرهی سیارات اثر مثبت بگذارند؛ مشابه زمین اولیه که بادهای خورشیدی در تعامل با میدان مغناطیسی، روند دینامو را تقویت کردند. اگر این فورانها به دفعات کمتری رخ دهند، ممکن است به ایجاد میدانهای مغناطیسی قوی در سیارات کمک کنند. با این حال، دادههای StKM 1‑1262 پیشنهاد میکند که تأثیر تخریبی بر جو، به مراتب از اثر سازندهی مغناطیسی بر میدان سیارهای مهمتر است.
بخش هفتم: تلسکوپ جیمز وب و آزمونهای واقعی زیستپذیری
تلسکوپ جیمز وب ناسا (JWST)، با قابلیتهای بینظیر خود در مشاهدهی فروسرخ میانه، در حال بررسی جو پیرامونی چند سیارهی سنگی مدار کوتولههای سرخ است. اما تاکنون هیچ نشانهای از وجود جو پایدار در بسیاری از این منظومهها کشف نشده است.
یکی از احتمالات قوی که اکنون با یافتهی LOFAR تقویت میشود، آن است که فورانهای تاجی مشابه، بارها در گذشتهی این سیارات، جو آنها را بهطور کامل زدوده یا فرار جرمی (Atmospheric Escape) را به شدت تسریع کردهاند. این فرآیند میتواند جو اولیه را در کمتر از یک میلیارد سال از بین ببرد.
ابل مندس از دانشگاه پورتوریکو، که در پروژههای جو سیارات فراخورشیدی مشارکت دارد، میگوید: «دادههای تازه نشان میدهند نگرانیهای ما دربارهی محیط پرتلاطم کوتولههای ام درست بود؛ اگر هر چند سده یکبار چنین انفجاری رخ دهد، جو هیچ سیارهای، مگر اینکه بهشکلی غیرمنتظره محافظت شود، دوام نمیآورد.» این یافتهها به پژوهشگران کمک میکند تا فرضیههای خود دربارهی «جرمهای فراری» (Stripped Planets) را با شواهد فیزیکی بهتری تفسیر کنند.
بخش هشتم: اهمیت کشف در ژئوفیزیک فراخورشیدی
این کشف صرفاً یک پیروزی مشاهدهای در رادیو اخترشناسی نیست؛ بلکه گام بزرگی برای درک پویاییهای ژئوفیزیکی سیارات بیگانه است. درک میزان تابش پرانرژی رادیویی و شدت بادهای ستارهای ناشی از این رویدادها، به دانشمندان کمک میکند تا مرزهای واقعی «ناحیهی سکونتپذیر» را بازتعریف کنند.
ناحیهی سکونتپذیر سنتی صرفاً بر اساس دریافت انرژی حرارتی کافی برای حفظ آب مایع تعریف میشد. اما اکنون باید عامل تخریب جوی را نیز در نظر گرفت. منطقهای که پیشتر مناسب حیات تصور میشد، ممکن است در برابر چنین رخدادهایی کاملاً آسیبپذیر باشد.
در مدل انرژی-جرم تاجی سال ۲۰۲۵ که توسط کالینگهام و همکاران منتشر شد، نشان داده شده است که سیارات از نوع سوپر-زمین (با جرمهای بزرگتر از زمین) تنها در صورتی میتوانند در فاصلهی نزدیکی از کوتولههای ام پایدار بمانند که دارای میدان مغناطیسی (تولیدشده توسط هستهی داخلی سیاره) چندین برابر قویتر از میدان مغناطیسی زمین باشند، تا بتوانند خطوط میدان ستارهای را در اطراف خود منحرف سازند. این نیازمندی، تعداد سیارات بالقوه قابل سکونت را به شدت کاهش میدهد.
بخش نهم: بازتاب در جامعه علمی
انتشار مقالهی اصلی این پژوهش در نشریهی معتبر Nature Astronomy به سرعت در رسانههای علمی بازتاب یافت. اخترفیزیکدانانی از مراکز معتبر جهانی از جمله مرکز اخترفیزیک هاروارد (CFA)، سازمان رصدخانه جنوبی اروپا (ESO)، و مؤسسهی تحقیقات سیارهای (LPI) این دستاورد را «مشاهدهای تاریخی» نامیدند.
تأیید مستقیم یک CME در یک ستارهی دوردست، در حالی که تمام شواهد پیشین مبتنی بر اندازهگیریهای غیرمستقیم (مانند شرارههای پرانرژی در طولموجهای نوری) بود، یک تغییر پارادایم ایجاد کرده است. این کشف نشان میدهد که ابزارهای رادیویی فرکانس پایین، کلید باز کردن قفل پویاییهای مغناطیسی ستارگان فعال هستند.
برخی دانشمندان اذعان دارند که این کشف ممکن است موجب بازنگری جدی در مأموریتهای آیندهی فضایی شود؛ از جمله طراحی تلسکوپهایی که بتوانند امواج رادیویی نوع دوم را با وضوح فضایی بالاتر و با توانایی رصد مداوم برای سالها، بررسی کنند تا نرخ وقوع دقیقتر فورانها مشخص شود.
بخش دهم: آیندهی پژوهشها؛ از رادیو تا فرابنفش
گروه پژوهشی LOFAR اکنون درحال گسترش پروژه و انتقال بخشی از تحلیلها به تلسکوپ Square Kilometre Array (SKA) است که قرار است تا سال ۲۰۲۸ تکمیل شود. SKA با حساسیت فوقالعادهای که خواهد داشت، صدها برابر حساستر از LOFAR خواهد بود و قادر است فورانهای تاجی ضعیفتر و شاید مکررتر را نیز شناسایی کند که با LOFAR از دید خارج میماندند.
همزمان، تیمی از اخترفیزیکدانان اروپایی در صدد است فورانهای همزمان در طولموجهای فرابنفش (UV) و ایکس (X-ray) را با تلسکوپهایی مانند Athena (مأموریت ایکسری آینده) و LUVOIR (تلسکوپ بزرگ فرابنفش/نوری پیشنهادی) بررسی کند. ترکیب دادههای چندطیفی (رادیویی، ایکس، فرابنفش) میتواند به ساخت مدل سهبعدی دقیقتری از دینامیک تاج ستارهها و نحوهی دقیق آزاد شدن انرژی در آنها بینجامد. این کار به ما اجازه میدهد بفهمیم چرا و چگونه میدان مغناطیسی در این ستارگان شکست میخورد.
جمعبندی نهایی: توازن شکنندهی میان نور و مرگ
کشف فوران تاجی در StKM 1‑1262 نهفقط یک واقعیت علمی بلکه استعارهای فلسفی از ناپایداری زندگی در کیهان است. جایی که همان نوری که حیات را از طریق انرژی گرمایی ممکن میسازد، در لحظهای میتواند همهچیز را بسوزاند و نابود کند.
اگرچه این پدیده ممکن است نشانگر خطر جدی برای زیست فرازمینی در اطراف فراوانترین ستارگان کهکشان باشد، اما همچنین پنجرهای تازه به فهم رفتار پیچیدهی مغناطیسی ستارگان گشود. درک این دینامیکها اساسی است؛ زیرا برای هر تمدن فرضی که تلاش میکند در سیارهای دوردست ساکن شود، باید پیشبینی دقیقی از «آبوهوای ستارهای» میزبان وجود داشته باشد. در نهایت، شاید انسان با شناخت بهتر این فورانها بتواند مرزهای درک خود از «امنیت سیارهای» را فراتر از خورشید گسترش دهد و برای جستجوی حیات، بیشتر بر سیاراتی تمرکز کند که دارای میدانهای مغناطیسی طبیعی محافظتشده هستند.
پرسشهای متداول (FAQ)
۱. فوران جرم تاجی (CME) دقیقاً چیست؟
جریانی عظیم از پلاسمای فوقداغ (مادهی یونیزه شده) به همراه میدان مغناطیسی ستارهای است که با سرعت بسیار بالا از تاج ستاره به فضای میانستارهای پرتاب میشود.
۲. چه تفاوتی بین CME در خورشید و در کوتولههای سرخ وجود دارد؟
در کوتولههای سرخ، میدانهای مغناطیسی غالب بر خورشید بهمراتب قویتر هستند. این امر باعث انباشت انرژی بیشتر و احتمالاً فورانهایی با نیروی تخریبی بالاتر میشود، حتی اگر ستاره کمنورتر باشد.
۳. چرا کشف فوران تاجی در StKM 1‑1262 مهم است؟
چون نخستین شناسایی قطعی یک CME در یک ستارهی خارج از منظومهی شمسی (فراخورشیدی) است. این کشف شواهد مستقیمی فراهم میکند که مدلهای زیستپذیری سیارات حول کوتولههای سرخ را دگرگون میسازد.
۴. آیا چنین فورانی میتواند سیارات اطراف را نابود کند؟
بله. ذرات پرانرژی میتوانند میدان مغناطیسی سیاره را تضعیف کرده یا از بین ببرند و جو سیارات را در معرض تابشهای یونیزه کننده قرار داده و آن را تخریب کنند.
۵. سرعت خروج پلاسما در فوران StKM 1‑1262 چقدر بود؟
بر اساس تحلیلهای LOFAR، سرعت خروج پلاسما حدود ۲۴۰۰ کیلومتر بر ثانیه تخمین زده شد.
۶. کوتولههای سرخ چند وقت یکبار چنین فورانهای بزرگی دارند؟
طبق مدلهای جدید مبتنی بر این رصد، کوتولههای سرخ نوع M بهطور میانگین هر ۵۰۰ سال یکبار شاهد یک فوران با انرژی بالا هستند.
۷. آیا میدانهای مغناطیسی سیارهای میتوانند در برابر این فورانها حفاظت کنند؟
بله، اما تنها در صورتی که میدان سیارهای بسیار قویتر از زمین باشد تا بتواند خطوط میدان ستارهای را منحرف کند، نه صرفاً از جو محافظت نماید.
۸. نقش تلسکوپهای آینده مانند SKA چیست؟
SKA با حساسیت بسیار بیشتر، میتواند به نقشهبرداری دقیقتر از نرخ وقوع و شدت فورانهای ضعیفتر در ستارگان مشابه بپردازد و درک ما از چرخههای فعالیت ستارهای را کامل کند.
۹. آیا این کشف به مأموریت جیمز وب مرتبط است؟
بهطور مستقیم نه، اما بهشدت نتایج JWST را تفسیر میکند. این یافتهها توضیح میدهد که چرا بسیاری از سیارات کمجرم در ناحیهی سکونتپذیر کوتولههای سرخ، فاقد جو پایدار هستند.
۱۰. پیام فلسفی این کشف چیست؟
این کشف یادآور این است که حتی در فراوانترین محیطهای کهکشانی (محیطهای کوتولههای سرخ)، بقای حیات به یک توازن فیزیکی بسیار شکننده وابسته است که میتواند توسط پویاییهای داخلی خود ستاره بههم ریخته شود.