رصد نخستین ستاره دوقلو با مرگ ترقه ای! - صبح مهریز

اگرچه ستارگان کلان جرم معمولاً با انفجارهای تماشایی می میرند، اما تعداد انگشت شماری از آنها مانند ترقه ها و فشفشه ها به عمر خود سرانجام می دهند.

اکنون ستاره شناسان بقایای یکی از این ترقه ها را در یک ستاره نوترونی موسوم به SGR 0755-2933 در فاصله 11 هزار و 400 سال نوری از زمین در صورت فلکی کَشتی دمُ(Puppis) جنوبی شناسایی نموده اند.

در پژوهش های تازه، دانشمندان می گویند که این ستاره در اوایل زندگی خود مقادیر غیرعادی زیادی از جرم را به همراه خود منتقل نموده، به طوری که مواد کافی برای مرگ انفجاری در آن باقی نمانده است. در عوض، به یک ابرنواختر ضعیف ختم شده که یک رویداد کیهانی نادر است که به جامانده ای بسیار متراکم به نام ستاره نوترونی را در پی خود به جای می گذارد.

آندره نیکلاس چن، ستاره شناس مرکز تحقیقاتی NOIRLab بنیاد ملی علوم و یکی از نویسندگان این مطالعه تازه در بیانیه ای گفت: این سامانه دوتایی قابل توجه اساساً یک سامانه یک در 10 میلیاردی است.

ستاره نوترونی و همراه نزدیک به آن که ستاره ای است که پژوهشگران بعلاوه پیش بینی می نمایند که روزی فروپاشیده و به یک ستاره نوترونی تبدیل گردد، اولین نمونه واضح از یک سامانه ستاره ای را نشان می دهند که در نهایت موجب ایجاد یک گران نواختر یا کیلونوا می شوند که یک انفجار کیهانی است که طی آن دو ستاره نوترونی ادغام می شوند.

گران نواختر(Kilonova) یا ابرنواختر فرآیندِ R یا کیلونوا یک رویداد ستاره شناسی گذرا است که در سامانه های دوتایی فشرده رخ می دهد و در آن یک ستاره نوترونی با یک سیاه چاله یا یک ستاره نوترونی دیگر ممتزج می گردد. در انفجار گران نواختر، پرتوهای کوتاه گاما و تابش های الکترومغناطیسی قوی که به سبب واپاشی هسته ای هسته های سنگینِ فرآیند R فراوری شده اند، مشاهده می گردد که به طور همسان گرد پس از فرآیند برخورد ساطع می شوند.

اصطلاح گران نواختر در سال 2010 برای توصیف اوج درخشندگی به میزان حدود 1000 برابر یک نواختر ارائه شد. در اکتبر 2018، ستاره شناسان گزارش دادند که GRB 150101B (یک رویداد انفجار پرتوی گاما که در سال 2015 کشف شده است) ممکن است قرین تاریخی GW170817(یک رویداد موج گرانشی که در سال 2017 شناسایی شده است) باشد که با ادغام دو ستاره نوترونی مرتبط است. شباهت های بین این دو رویداد، از نظر اشعه گاما، انتشار نوری و اشعه ایکس و بعلاوه ماهیت کهکشان های میزبان مرتبط، قابل توجه در نظر گرفته می گردد و این شباهت قابل توجه نشان می دهد که دو رویداد جداگانه و مستقل ممکن است هر دو نتیجه ادغام ستاره های نوترونی باشند.

اگرچه یک کیلونوا برای اولین بار در سال 2017 کشف شد، اما ستاره شناسان به لطف رصد نور و امواج گرانشی، تنها پیامدهای این رویداد را ثبت کردند. اکنون در این تحقیقات تازه، این اولین باری است که دانشمندان یک سامانه ستاره ای دوتایی را شناسایی نموده اند که می دانند به انفجار کیلونووا ختم می گردد.

علاوه بر این، ستاره شناسان قبلاً فکر می کردند که تنها یک یا دو چنین سامانه ای در کهکشان های مارپیچی مانند کهکشان راه شیری خودمان وجود دارد. اکنون محققان این مطالعه تازه، این تخمین را به 10 سامانه افزایش داده اند و خاطرنشان کردند که این مشاهدات به آنها یاری می نماید تا تاریخ، تکامل و مرگ های غیرعادی آرام ستارگان در چنین سامانه ای را بهتر درک نمایند.

چن می گوید: مدتی است که اخترشناسان در خصوص شرایط دقیقی که در نهایت می تواند به یک کیلونوا منجر گردد، حدس می نمایند. این نتایج تازه نشان می دهد که حداقل در بعضی موارد، دو ستاره نوترونی خواهر و برادر، زمانی که یکی از آنها بدون انفجار ابرنواختر کلاسیک ایجاد شد، می توانند با هم ادغام شوند.

این ستاره رصد شده، کلان جرم است و هر 60 روز یک بار به دور ستاره نوترونی همراه خود می چرخد و CPD-29 2176 نام دارد. دانشمندانی که در تازهترین تحقیقات شرکت داشته اند، این ستاره خواهر و برادر را برای درک شکل گیری سامانه های ستاره ای به عنوان آنچه ممکن است در آینده آشکار گردد، مورد مطالعه قرار دادند.

این فقط یک سامانه دوگانه ساده نیست

یک سامانه یا منظومه دوگانه(Binary system) منظومه ای متشکل از دو جرم آسمانی است که به میزان ای به یکدیگر نزدیک هستند که برهمکنش گرانشی آن ها باعث می گردد که پیرامون یک گرانیگاه مشترک بگردند. در تعریف دقیق تر، منظومه دوگانه این گرانیگاه باید بیرون از هر دو جرم قرار داشته باشد تا در قالب منظومه سیاره-قمر یا منظومه سیاره ای دسته بندی نگردد.

معمول ترین حالت های منظومه های دوگانه شامل ستاره های دوگانه و سیارک های دوگانه می گردد، اما سیاره ها، سیاهچاله ها، ستاره های نوترونی، کوتوله های قهوه ای، سیاهچاله ها و کهکشان ها نیز می توانند منظومه های دوگانه ایجاد نمایند.

ستاره دوگانه نیز یک سامانه ستاره ای است که در آن دو ستاره به دور مرکز سنگین سراسری مشترک میان خود گردش می نمایند. سامانه های دارای بیش از دو ستاره را سامانه های چند ستاره ای می نامند. به ستاره دیگر، ستاره ندیم یا ستاره همدم یا همراه نیز گفته می گردد.

آنالیز های تازه نشان می دهند که درصد زیادی از ستارگان بخشی از یک سامانه حداقل دو ستاره ای هستند. ستارگان دوتایی در اخترفیزیک بسیار مهم هستند، زیرا ویژگی های مدار آنها جرم و چگالی آن ستارگان را برای اخترشناسان معین می نماید. جرم بسیاری از ستارگان تکی نیز از روی برون یابی جرم ستارگان دوتایی بدست می آید.

ستاره های دوتایی گاهی می توانند بین یکدیگر جرم تبادل نمایند و تکامل یابند.

کلاریسا پاوائو، دانشجوی مقطع کارشناسی در دانشگاه Embry-Riddle در آریزونا این سامانه را در حین آنالیز داده های ضبط شده به وسیله رصدخانه Cerro Tololo در شیلی پیدا کرد.

به گفته اخترشناسان، این یک یافته کلیدی بود که به محققان یاری کرد به این نتیجه برسند که ستاره نوترونی اولیه به شکل انفجار ترقه ای به سرانجام راه خود رسیده است.

معمولاً وقتی یکی از ستارگان یک سامانه دوگانه به وسیله هیدروژن خود می سوزد و به سرانجام مرحله توالی اصلی خود نزدیک می گردد، آغاز به انتقال جرم به ستاره همراه خود می نماید و انفجارِ سرانجامی اغلب، ستارگان همراه را از سامانه ها خارج می نماید و به مدارهای بسیار بیضی شکل می اندازد.

اما به نظر نمی رسید که در این سامانه مجذوب کننده چنین اتفاقی افتاده باشد. برای درک بهتر آنچه ممکن است در سرانجام عمر SGR 0755-2933 اتفاق بیفتد، اخترشناسان هزاران مدل را آنالیز کردند که منظومه های ستاره ای دوگانه را شبیه آنچه که آنها مطالعه می کردند، توصیف کردند و فقط دو مورد را پیدا کردند که مطابقت داشتند.

این گروه سپس تاریخچه ستاره را ردیابی کردند و به این نتیجه رسیدند که در بیشتر موارد مانند هر ستاره کلان جرم دیگری که سوختش تمام می گردد، رفتار می نماید و در اواخر عمر خود آغاز به انتقال جرم به همراه خود نموده و به یک ستاره کم جرم با هسته هلیومی تبدیل شده است.

نوئل ریچاردسون، سرپرست این مطالعه می گوید: با این حال، در این فرآیند، ستاره آن قدر جرم از دست داده که ابرنواخترِ سرانجام عمرش حتی انرژی کافی برای لگد زدن به مدار همراه خود را نداشته است.

بنابراین بر اساس این مطالعه، این ستاره در حال مرگ انرژی کافی برای بیرون راندن همراه خود را از سامانه نداشته و به همین علت است که این دو ستاره همچنان مدارهای فشرده و نزدیک به هم دارند.

این تحقیق تازه علاوه بر کسب اطلاعات بیشتر در خصوص رویدادهای کیلونووا، به اخترشناسان یاری می نماید تا منشاء بعضی از سنگین ترین عناصر در دنیا ما را بهتر درک نمایند.

این ابرنواختر آرام تنها چند میلیون سال پیش اتفاق افتاده است و ستاره شناسان انتظار دارند که منظومه CPD-29 2176 حداقل یک میلیون سال دیگر به همین شکل باقی بماند. مدل های آنها نشان می دهد که دقیقاً مانند ستاره نوترونی اولیه، ستاره خواهر آن نیز ابرنواختر آرامی را تجربه خواهد نمود و در نهایت به یک ستاره نوترونی تبدیل می گردد.

پژوهشگران پیش بینی می نمایند که میلیون ها سال بعد این دو ستاره نوترونی در یک پایکوبی کیهانی به آرامی به سمت یکدیگر حرکت می نمایند و در نهایت در یک انفجار گران نواختر با هم برخورد می نمایند.

ریچاردسون می گوید، چنین انفجارهایی به عنوان منبع مقادیر زیادی از عناصر سنگین مانند پلاتین، زنون، اورانیوم و طلا شناخته می شوند که به دنیا پرتاب می شوند.

اخترشناسان مدت ها گمان می کردند که فلزات سنگین آزاد شده در چنین رویدادهایی در محیط بین ستاره ای معلق بودند تا زمانی که به سیارک ها تبدیل شدند و این سیارک ها سپس زمین را هنگام شکل گیری بمباران کردند و فلزات گرانبهایی را که امروز می بینیم را به زمین هدیه دادند.

رویداد گران نواختری که در سال 2017 مشاهده شد، به تنهایی حداقل 100 برابر فلزات سنگین گرانبهایی را که در زمین موجود است را پدید آورد، بنابراین به نظر می رسد که یک ابرنواختر شکست خورده در نهایت یک ضرر برای دنیا محسوب نمی گردد.

این تحقیق به تازگی در مجله نیچر(Nature) منتشر شده است.