شواهدی از وجود ستاره‌ نوترونی در قلب ابرنواختر معروف قرن گذشته

۳۴ سال پس از انفجار ابرنواختری معروف SN 1987A در قرن میلادی گذشته، اکنون دانشمندان موفق شدند شواهد قابل قبولی از ستاره‌ نوترونی باقی‌مانده در قلب آن به‌ دست آورند.

یکی از رویدادهای معروف نجومی معاصر، انفجار ابرنواختری بود که ۳۴ سال پیش در چنین روزی دیده شد و توجه جهان را به خود معطوف کرد. اما اکنون چه بر سر این ابرنواختر آمده است؟ اگرچه بقایای انفجار محیط داخلی را از دید دانشمندان پنهان کرده است، اما دو تلسکوپ پرتوی ایکس ناسا، سرنخ‌های تازه‌ای را کشف کرده‌اند.

انفجار ابرنواختری معروف قرن بیستم

از زمانی که ستاره شناسان انفجار درخشان یک ستاره را در ۲۴ فوریه‌ ۱۹۸۷ (۵ اسفند ۱۳۶۵) رؤیت کردند، محققان در حال جست‌وجوی هسته‌ ستاره‌ای متراکمی هستند که باید از آن باقی می‌ماند. اکنون احتمالا گروهی از ستاره‌شناسان با استفاده از داده‌های مأموریت‌های فضایی ناسا و تلسکوپ‌های زمینی این ستاره را یافته باشند.

ابرنواختر SN 1987A به ‌عنوان نخستین ابرنواختر قابل مشاهده با چشم غیرمسلح در یک بازه ۴۰۰ 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 بزرگ ماژلانی قرار دارد، کهکشان کوچکی که قمر کهکشانی راه شیری محسوب می‌شود و تنها حدود ۱۷۰ هزار سال نوری از زمین فاصله دارد.

در حالی که ستاره شناسان بقایای انفجار ابرنواختری پراکنده شده به اطراف را رصد می‌کردند، به دنبال آنچه باید از انفجار ستاره باقی مانده باشد هم بودند. اکنون داده‌های رصدخانه‌ پرتور ایکس چاندرا و داده‌های منتشر نشده‌ قبلی از آرایه‌ طیف‌سنجی هسته‌ای ناسا در ترکیب با داده‌های آرایه‌ بزرگ میلی‌متری آتاکاما که سال گذشته ارائه شد، شواهدی جذاب را مبنی بر وجود ستاره‌ نوترونی در مرکز SN 1987A نشان می‌دهد.

امانوئل گرکو (Emanuele Greco) سرپرست این مطالعه از دانشگاه پالرمو ایتالیا می‌گوید: به مدت ۳۴ سال ستاره ‌شناسان بقایای انفجار ابرنواختری را در جست‌وجوی ستاره‌ نوترونی کاوش می‌کردند. نشانه‌های بسیاری وجود داشته که معلوم شده نتیجه‌ای ندارد اما اکنون فکر می‌کنیم که تازه‌ترین بررسی ما می‌تواند متفاوت باشد.

بیشتر بخوانید: کشف پرجرم‌ترین ستاره نوترونی که تاکنون مشاهده شده

تپ‌اخترها

هنگامی که یک ستاره منفجر می‌شود، پیش از آن ‌که لایه‌های بیرونی در فضا منفجر شوند، لایه‌های زیرین درون خود فرو می‌ریزند. بدین ترتیب فشرده شدن هسته، آن را به جرمی بسیار چگال تبدیل می‌کند؛ جرمی که برابر با خورشید اما در ابعادی فقط چند کیلومتری است. با توجه به اینکه این اجرام تنها از نوترون‌های متراکم ساخته شده‌اند که به آن‌ها ستاره‌ نوترونی گفته می‌شود. این ستارگان آزمایشگاه‌های فیزیک شرایط شدید هستند که امکان ساخت آن‌ها روی زمین فراهم نیست.

ستارگان نوترونی به سرعت در حال چرخش و بسیار مغناطیسی، تپ‌اختر (Pulsar) نامیده می‌شوند و پرتو تابشی مانند فانوس دریایی تولید می‌کنند و منجمان هنگام چرخش پرتو در آسمان، آن را به صورت پالس تشخیص می‌دهند. علاوه بر این زیرمجموعه‌ای از تپ‌اخترها وجود دارند که از سطح خود باد تولید می‌کنند. این بادها گاهی تقریباً با سرعت نور حرکت می‌کنند و باعث تولید ساختارهای پیجیده‌ای از ذرات باردار و میدان‌های مغناطیسی می‌شوند که سحابی باد تپ‌اختر (Pulsar Wind Nebulae) نام دارند.

شناسایی پرتو X کم انرژی

این تیم پژوهشی با استفاده از تلسکوپ‌های چاندرا و نوستار (NuSTAR) پرتوهای ایکس نسبتا کم‌انرژی را از بقایای SN 1987A یافت که به مواد اطراف برخورد می‌کرد. همچنین با استفاده از توانایی نوستار شواهدی از وجود ذرات پرانرژی تشخیص داده شد. دو توضیح 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 می‌گیرند و پرانرژی می‌شوند. در حالت دوم نیازی به حضور یک ابرنواختر نیست و در فواصل بسیار بیشتری از مرکز انفجار روی می‌دهد.

تازه‌ترین مطالعه‌ پرتو ایکس، از «سحابی باد تپ‌اختر» که به معنای وجود ستاره‌ نوترونی است، پشتیبانی می‌کند. زیرا روشنایی پرتو ایکس با انرژی بالاتر بین سال‌های ۲۰۱۲ و ۲۰۱۴ 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.

مارکو میکلی (Marco Miceli) از دانشگاه پالرمو گفت: ستاره‌شناسان اندیشیده بودند که آیا زمان کافی برای تشکیل تپ‌اختر یا حتی یک سیاهچاله در مرکز SN 1987A نگذشته است؟ این موضوع برای چند دهه یک راز بود و اکنون ما از به‌دست آوردن این نتایج تازه بسیار شگفت‌زده‌ایم.

سالواتوره اورلاندو (Salvatore Orlando) دیگر همکار این پژوهش از رصدخانه‌ نجوم پالرمو ایتالیا گفت: توانایی رصد یک تپ‌اختر از لحظه‌ متولد شدن بی‌سابقه است. چنین چیزی ممکن است یک بار در طول زندگی فراهم شود که بتوان تکامل یک تپ‌اختر 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 انرژی‌های مختلف جذب می‌کند، از شبیه‌سازی‌های پیشرفته استفاده کردند تا دقت داده‌های 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 تپ‌اختر، داده‌های بیشتری هم لازم 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 کنند، وجود سحابی باد تپ‌اختر تأیید خواهد شد.

هم ‌اکنون بقایای ستاره‌ای اطراف تپ‌اختر نقش مهمی در جذب پرتوهای X کم ‌انرژی دارد و تشخیص آن‌ها در زمان فعلی را ناممکن می‌کند. اما شبیه‌سازی‌ها پیش‌بینی کرده است که این مواد طی چند سال آینده پراکنده می‌شوند که قدرت جذب آن‌ها را کاهش می‌دهد. بنابراین انتظار می رود که پرتوهای تپ‌اختر در حدود ۱۰ سال آینده مشاهده شود و وجود ستاره‌ نوترونی را آشکار سازد.

.

تماشا کنید: اگر برخی اجسام آسمانی به زمین نزدیک‌ بودند، آسمان شب چگونه به نظر می‌رسید