شواهدی از وجود ستاره نوترونی در قلب ابرنواختر معروف قرن گذشته به دست آمد - هیو بلاگ

یکی از رویدادهای معروف نجومی معاصر، انفجار ابرنواختری بود که 34 سال پیش در چنین روزی دیده شد و توجه دنیا را به خود معطوف کرد. اما اکنون چه بر سر این ابرنواختر آمده است؟ اگرچه بقایای انفجار محیط داخلی را از دید دانشمندان پنهان نموده است، اما دو تلسکوپ پرتوی ایکس ناسا، سرنخ های تازه ای را کشف نموده اند.

انفجار ابرنواختری معروف قرن بیستم

از زمانی که منجمان انفجار درخشان یک ستاره را در 24 فوریه 1987 (5 اسفند 1365) رؤیت کردند، محققان در حال جست وجوی هسته ستاره ای متراکمی هستند که باید از آن باقی می ماند. اکنون احتمالا گروهی از ستاره شناسان با استفاده از داده های مأموریت های فضایی ناسا و تلسکوپ های زمینی این ستاره را یافته باشند.

ابرنواختر SN 1987A به عنوان نخستین ابرنواختر قابل مشاهده با چشم غیرمسلح در بازه ای 400 ساله، هیجان زیادی را در میان دانشمندان برانگیخت و خیلی زود به یکی از اجرام تحت مطالعه در آسمان تبدیل شد. این ابرنواختر در ابر عظیم ماژلانی واقع شده است. کهکشان کوچکی که قمر کهکشانی راه شیری محسوب می گردد و تنها حدود 170 هزار سال نوری از زمین فاصله دارد.

در حالی که منجمان بقایای انفجار ابرنواختری پراکنده شده به اطراف را رصد می کردند، به دنبال آنچه باید از انفجار ستاره باقی مانده باشد هم بودند؛ یک ستاره نوترونی. اکنون داده های رصدخانه پرتور ایکس چاندرا و داده های منتشر نشده قبلی از آرایه طیف سنجی هسته ای ناسا در ترکیب با داده های آرایه عظیم میلی متری آتاکاما که سال گذشته ارائه شد، شواهدی جذاب را مبنی بر وجود ستاره نوترونی در مرکز SN 1987A نشان می دهد.

امانوئل گرکو (Emanuele Greco) سرپرست این مطالعه از دانشگاه پالرمو ایتالیا گفت: به مدت 34 سال ستاره شناسان بقایای انفجار ابرنواختری را در جست وجوی ستاره نوترونی کاوش می کردند. نشانه های بسیاری وجود داشته که معلوم شده نتیجه ای ندارد اما اکنون فکر می کنیم که تازه ترین آنالیز ما می تواند متفاوت باشد.

تپ اخترها

هنگامی که یک ستاره منفجر می گردد، پیش از آن که لایه های بیرونی در فضا منفجر شوند، لایه های زیرین درون خود فرومی ریزند. بدین ترتیب فشرده شدن هسته، آن را به جرمی بسیار چگال تبدیل می نماید؛ جرمی که برابر با خورشید اما در ابعادی فقط چند کیلومتری است. با توجه به اینکه این اجرام تنها از نوترون های متراکم ساخته شده اند، به آن ها ستاره نوترونی گفته می گردد. این ستارگان آزمایشگاه های فیزیک شرایط شدید هستند که امکان ساخت آن ها روی زمین فراهم نیست.

ستارگان نوترونی به سرعت در حال چرخش و بسیار مغناطیسی، تپ اختر (Pulsar) نامیده می شوند و پرتو تابشی مانند فانوس دریایی فراوری می نمایند و منجمان هنگام چرخش پرتو در آسمان، آن را به صورت پالس تشخیص می دهند. علاوه بر این زیرمجموعه ای از تپ اخترها وجود دارند که از سطح خود باد فراوری می نمایند. این بادها گاهی تقریبا با سرعت نور حرکت می نمایند و باعث فراوری ساختارهای پیجیده ای از ذرات باردار و میدان های مغناطیسی می شوند که سحابی باد تپ اختر (Pulsar Wind Nebulae) نام دارند.

شناسایی پرتو X کم انرژی

این تیم پژوهشی با استفاده از تلسکوپ های چاندرا (Chandra) و نوستار (NuSTAR) پرتوهای ایکس نسبتا کم انرژی را از بقایای SN 1987A یافت که به مواد اطراف برخورد می کرد. همچنین با استفاده از توانایی نوستار شواهدی از وجود ذرات پرانرژی تشخیص داده شد. دو شرح احتمالی برای این انتشار پرتوی ایکس پرانرژی وجود دارد. یا سحابی باد تپ اختری عامل آن است و یا ذرات بر اثر موج انفجار ابرنواختری شتاب می گیرند و پرانرژی می شوند. در حالت دوم نیازی به حضور یک ابرنواختر نیست و در فواصل بسیار بیشتری از مرکز انفجار روی می دهد.

تازه ترین مطالعه پرتو ایکس، از سحابی باد تپ اختر که به معنای وجود ستاره نوترونی است، پشتیبانی می نماید. زیرا روشنایی پرتو ایکس با انرژی بالاتر بین سال های 2012 و 2014 تقریبا یکسان باقی مانده و از سویی میزان انتشار امواج رادیویی در آرایه فشرده تلسکوپ استرالیا (Australia Telescope Compact Array) افزایش یافته است. موضوعی که برخلاف انتظار برای سناریوی دوم یعنی موج انفجار است.

نویسندگان این مقاله که در نشریه Astrophysical Journal منتشر شده، همچنین تخمین می زنند که رسیدن الکترون ها به سرعت بالای دیده شده در داده های تلسکوپ نوستار، بر اثر موج انفجار، تقریبا 400 سال طول می کشد که 10 برابر بیشتر از سن بقایای انفجار ابرنواختری است.

مارکو میکلی (Marco Miceli) از دانشگاه پالرمو اظهار داشت: ستاره شناسان اندیشیده بودند که آیا زمان کافی برای تشکیل تپ اختر یا حتی یک سیاهچاله در مرکز SN 1987A نگذشته است؟ این موضوع برای چند دهه یک راز بود و اکنون ما از به دست آوردن این نتایج تازه بسیار شگفت زده ایم.

علاوه بر این داده های چاندرا و نوستار از نتیجه سال 2020 مجموعه آلما که شواهد احتمالی مربوط به وجود ساختار سحابی باد تپ اختر را در طول موج میلی متری ارائه می دهد، پشتیبانی می نمایند. اگرچه این مشاهده آلما شرحات بالقوه دیگری هم دارد، اما شناسایی آن به عنوان یک سحابی باد تپ اختر می تواند با داده های پرتو ایکس اثبات گردد. شواهدی که بیش از پیش نشان می دهد یک ستاره نوترونی در پس این انفجار ابرنواختری جای گرفته است. اگر این واقعا یک تپ اختر در مرکز SN 1987A باشد، جوان ترین نمونه خواهد بود که تا کنون پیدا شده است.

مشاهدات آینده

سالواتوره اورلاندو (Salvatore Orlando) دیگر همکار این پژوهش از رصدخانه نجوم پالرمو ایتالیا گفت: توانایی رصد یک تپ اختر از لحظه متولد شدن بی سابقه است. چنین چیزی ممکن است یک بار در طول زندگی فراهم گردد که بتوان تکامل یک تپ اختر را از نوزادی مطالعه کرد.

مرکز SN 1987A توسط گاز و گرد و غبار احاطه شده است و دانشمندان برای درک اینکه چگونه این ماده پرتو X را در انرژی های مختلف جذب می نماید، از شبیه سازی های پیشرفته استفاده کردند تا دقت داده های پرتو ایکس افزایش یابد و امکان تخمین طیف مناطق مرکزی SN 1987A بدون اثر مواد پیرامونی فراهم باشد.

با این وجود برای تقویت احتمال سحابی باد تپ اختر، داده های بیشتری هم ضروری است. افزایش رصدهای امواج رادیویی، همراه با افزایش مشاهدات پرتوهای ایکس انرژی بالا در آینده، ممکن است خلاف این استدلال را نشان دهد اما از سوی دیگر اگر ستاره شناسان کاهش پرتوهای X با انرژی زیاد را مشاهده نمایند، وجود سحابی باد تپ اختر تأیید خواهد شد.

هم اکنون بقایای ستاره ای اطراف تپ اختر نقش مهمی در جذب پرتوهای X کم انرژی دارد و تشخیص آن ها در زمان فعلی را ناممکن می نماید. اما شبیه سازی ها پیش بینی نموده است که این مواد طی چند سال آینده پراکنده می شوند که قدرت جذب آن ها را کاهش می دهد. بنابراین انتظار می رود که پرتوهای تپ اختر در حدود 10 سال آینده مشاهده گردد و وجود ستاره نوترونی را آشکار سازد.

• ناسا تصاویر خیره نماینده ای از کهکشان ها، ستارگان و بقایای ابرنواختری منتشر کرد

عکس کاور: طرحی گرافیکی از ستاره نوترونی در مرکز یک ابرنواختر

منبع: NASA JPL