9 دقیقه
ستارهشناسان مدتها انتظار داشتند ستارگان بسیار پرجرم با انفجاری پرصدا به پایان برسند. اما یکی از روشنترین ابرغولهای کهکشان آندرومدا آرامآرام محو شد — بدون آتشبازی، بدون نورافشانی. این کشف مانند یک داستان کارآگاهی است: جسمی آشنا که دیگر مانند یک ستاره رفتار نکرد، تصاویر آرشیوی که سرنخی حیاتی را برای سالها پنهان کرده بودند، و تیمی که از روی ردِ کمنور نتیجهای شگفتانگیز گرفت: این ستاره احتمالاً پس از یک ابرنواختر ناکام مستقیماً به یک سیاهچاله فروپاشیده است.
عمل ناپدید شدن و آنچه دادهها نشان دادند
این جسم که تحت عنوان M31-2014-DS1 فهرست شده است، زندگی خود را به عنوان یک ابرغول آبی-سفید با جرمی در حدود 13 برابر جرم خورشید آغاز کرد. از زمین، این ستاره همچون نقطهای درخشان از میان 2.5 میلیون سال نوری فاصله بین راه شیری و آندرومدا دیده میشد. سپس اوضاع تغییر کرد. بین سالهای 2014 تا 2016 تلسکوپ فروسرخ ناسا، NEOWISE، افزایش تقریبی 50 درصدی در تابش فروسرخ این جسم را ثبت کرد؛ روشنایی آهستهای که تقریباً دو سال دوام آورد. پس از آن، نور بهسرعت سقوط کرد. در بازه 2016 تا 2022 ستاره بهشدت تیره شد و تا سال 2023 در رصدهای نوری ناپدید شده بود.
با این حال، آن ناپدید شدن صرفاً نتیجه پنهان شدن پشت گرد و غبار نبود. وقتی ستارهشناسان اندازهگیریها را در سراسر طیف الکترومغناطیسی مقایسه کردند، دریافتند خروجی تابشی کل حداقل یک مرتبه اندازه کاهش یافته است. تابش فروسرخ که بهتر از نور مرئی از میان گرد و غبار میگذرد نیز به حدود یکدهم روشنایی سابقِ میانی-فروسرخ جسم افت کرد. به عبارت دیگر، تولید انرژی ستارهای خاموش شد، نه فقط دید آن.
کیشالای ده از دانشگاه کلمبیا که تحلیل را رهبری کرد، این یافته را شوکآور توصیف کرد. او و همکارانش به تصاویر آرشیوی عمومی و سوابق فتومتری — آن نوع گنجینههایی که ممکن است سالها نادیده گرفته شوند — رجوع کردند و یک جدول زمانی استخراج کردند که با یک مرحله پایانی خاص و نادر سازگار است: ابرنواختر ناکام و سپس فروپاشی مستقیم به یک سیاهچاله.
فیزیک یک ابرنواختر ناکام: چگونه یک ستاره بیصدا میمیرد
وقتی یک ستاره پرجرم سوخت هستهای در هستهاش را تمام میکند، نیروی جاذبه پیروز میشود. در سناریوی معمول، فروپاشی هسته یک موج شوکی قدرتمند راه میاندازد که به بیرون میتازد و پوسته ستاره را در یک ابرنواختر بیرون میپراند. اما فیزیک داخل هسته در حال مرگ پیچیده و دمدمی است. در برخی موارد موج شوک رو به بیرون میتواند متوقف شود. اگر شوک انرژی کافی نداشته باشد، هرگز لایههای بیرونی را از حالت گرانشیِ بسته خارج نمیکند؛ در عوض، مواد مسیر خود را برمیگردانند و دوباره بر روی بازمانده چگال فرو میریزند. نتیجه یک انفجار ضعیف و ناکام است و یک سیاهچالهٔ نوزاد بهآرامی گاز فرو افتاده را میبلعد.
این مسیر «فالبک» یا برگشتی، اثرات مشهودی از خود بر جای میگذارد. روشنشدن اولیه فروسرخ که توسط NEOWISE دیده شد با تولید یا بازتوزیع گرد و غبار در نزدیکی ستاره سازگار است — ایجاد یک پیله گرم گذرا — بهجای آنکه مواد بهصورت انفجاری پراکنده شوند. اما اگر تنها گرد و غبار مسئول کمنور شدن نوری بود، روشنایی میانی-فروسرخ باید ثابت میماند یا حتی افزایش پیدا میکرد. M31-2014-DS1 چنین رفتاری نشان نداد: روشنایی بولومتریک (کل) آن بهطور شدید کاهش یافت که نشاندهنده توقف همجوشی داخلی و فروپاشی هسته است.
محاسبات تیم حاکی از آن است که جرم جسم فشردهٔ تازه تقریباً پنج برابر جرم خورشید است. این نشان میدهد افق رویداد آن در مقیاس سی کیلومتر قرار دارد — رقمی ناچیز در مقیاسهای کیهانی، اما بههرحال یک سیاهچاله قطعی. چنین بازماندگان فشردهای در دوتاییهای اشعهٔ ایکس و آشکارسازیهای امواج گرانشی شناختهشدهاند، اما مشاهده ناپدید شدن آرام ستارهٔ مادر دیدی نادر از یکی از مسیرهای تشکیل آنها به ما میدهد.
پیامدها برای نرخ مرگ ستارگان و جمعیتشناسی سیاهچالهها
چرا این موضوع فراتر از تازگیِ ناپدید شدن یک ستاره اهمیت دارد؟ اول اینکه، شیوهٔ شمارش مرگ ستارگان را تغییر میدهد. مطالعات ابرنواخترها به انفجارهای نمایشی که میتوانند برای هفتهها از کهکشان میزبانشان روشنتر باشند، تمایل دارند. اگر بخشی غیرقابلچشمپوشی از ستارگان پرجرم زندگی خود را بهصورت آرام به پایان میرسانند، شمارشهای معمول ابرنواختر نرخ واقعی فروپاشی هسته را کمارزشگزار میکنند. این امر به نوبهٔ خود بر برآورد تولید عناصر سنگین، نسبت تولد ستارههای نوترونی در برابر سیاهچالهها، و حتی جمعیت مورد انتظارِ ادغام اشیاء فشرده که امواج گرانشی تولید میکنند، تأثیر میگذارد.
دلیل دوم اهمیت این است که یافتن دو نامزد قوی برای ابرنواختر ناکام در بازهٔ زمانی نسبتاً کوتاه — مورد قبلی حدود سال 2010 در کهکشانی در فاصلهٔ حدود 22 میلیون سال نوری ثبت شد — این گمان را تقویت میکند که این مسیر ممکن است از آنچه پیشتر تصور میشد رایجتر باشد. یا اینکه ممکن است صرفاً بازتابی از بهبود دسترسی رصدی و کاوشهای آرشیوی ما باشد: تلسکوپهایی مانند NEOWISE و بازنگری مداوم دادههای ذخیرهشده، حساسیت ما را نسبت به تغییرات ظریف در بازههای زمانی افزایش دادهاند.
در زمینهٔ جمعیتشناسی سیاهچالهها، اگر فراوانی ابرنواختر ناکام قابلتوجه باشد، سهم سیاهچالههای ستارهزاد از جمعیت کلیِ اجسام فشرده افزایش مییابد و این امر باید در مدلهای تکاملی ستاره و پیشبینیهای نرخِ همجوشیهای تولیدکنندهٔ امواج گرانشی منعکس شود. همچنین توزیع جرمیِ سیاهچالههای تازهمتولد ممکن است بهدلیل مسیرهای مختلف فروپاشی هسته متنوعتر از آنچه یافتههای مبتنی بر ابرنواخترهای نمایشی نشان میدهند باشد.
دیدگاه کارشناسان
«ما قبلاً فکر میکردیم ستارگان با این جرم همیشه منفجر میشوند»، میگوید دکتر النا مارکز، اخترفیزیکدان رصدی که در این مطالعه شرکت نداشت. «اکنون میبینیم دینامیک داخلی — اینکه چگونه موجهای شوک، نوترینوها و گازهای آشفته با هم تعامل میکنند — میتواند نتیجه را به یک سمت یا سمت دیگر متمایل کند. مشاهداتی از این دست نظریهپردازان را وا میدارد تا مدلهای انفجار را دقیقتر کنند و ناظران را یاری میرساند تا جستجوهایی طراحی کنند که مرگهای خاموش را شکار کنند.»
نکتهٔ دکتر مارکز به قلب موضوع میزند: نظریه و مشاهدات باید همزمان پیش بروند. مدلهای فروپاشی هسته مبتنی بر فیزیک دقیق در چگالیها و دماهای بسیار بالا هستند و تغییرات کوچک در شرایط اولیه میتواند نتایج بسیار متفاوتی تولید کند. نمونههای واقعی از ابرنواخترهای ناکام به مدلسازان اجازه میدهد بررسی کنند آیا کدهای آنها تحت شرایط واقعی، فالبک، انفجارهای ضعیف یا فروپاشی مستقیم را پیشبینی میکنند یا خیر.
از منظر ابزارشناسی، این رویدادها ارزش پایش گسترهٔ وسیع فروسرخ و رصدهای آسمان با دورههای زمانی طولانی را تقویت میکنند. حساسیت میانی-فروسرخ به تیم NEOWISE امکان داد تا امضای اولیه گرد و غبار را شناسایی کند؛ رصدهای نوری بلندمدت نیز کاهش درخشندگی را مستندسازی کردند. با بالغ شدن نجوم زمانمحور، ستارهشناسان بهتر مجهز خواهند شد تا مرگهای پنهان بیشتری را کشف کنند و نمونهای آماری بسازند که بتواند مدلهای تکامل ستارهای و تشکیل سیاهچالهها را تحتتأثیر قرار دهد.
عنصر انسانی نیز وجود دارد. تصور کنید اگر بتلگیوس تنها چشمک میزد و ناپدید میشد — واکنش عمومی زمینلرزهای میبود. فعلاً، این ناپدید شدنهای آرام به ما یادآوری میکنند که کیهان همیشه به سناریویی که انتظار داریم پایبند نیست. آنها ما را دعوت میکنند که سختتر نگاه کنیم، دادههای آرشیوی را با پرسشهای جدید بازخوانی کنیم، و پذیرا باشیم که پایانهای کیهانی میتوانند به همان اندازه متنوع و شگفتآور باشند که آغازهایشان.
چه چیزهای دیگری در آرشیوها پنهان است؟ با تماشا کردنِ صبورانه و گوش سپردن به ضعیفترین نجواهایی که ستارگان از خود به جای میگذارند، پاسخ را خواهیم یافت.
توضیحات فنی و روششناسی مختصر: تحلیل تابشی این مطالعه مبتنی بر تلفیق دادههای نوری، فروسرخ میانی و آرشیوهای چنددههای بود. تیم از مدلهای بولومتریک برای برآورد انرژی کل خروجی استفاده کرد و با درنظر گرفتن جذب داخلی و تداخل غبار، کاهش تابش را به توقف همجوشی داخلی نسبت داد. آنها همچنین از مدلهای انتقال تابش برای بررسی امکان سناریوی جایگزین — محصور شدن در گرد و غبار بهتنهایی — استفاده کردند و دریافتند که چنین سناریویی با کاهش قابلتوجه میانی-فروسرخ سازگار نیست. در نتیجه، فروپاشی هسته و تشکیل سیاهچاله بهعنوان تبیین محتملتر مطرح شد.
سایر نکات قابل توجه برای محققان: پیگیریهای رادیویی و پرتو ایکس میتواند سرنخهای بیشتری فراهم کند — بهویژه آشکارسازی هرگونه سیگنال ضعیف حاصل از مادهٔ درحال سقوط یا آکسیونهای پسازانفجاری. همچنین مقایسه دقیق با جانشینان نظریِ ابرنواختر ناکام میتواند محدودهٔ پارامترهای ستارهٔ والد (مانند جرم، سرعت چرخش و ترکیب شیمیایی) که منجر به فروپاشی مستقیم میشوند را محدود کند.
در نهایت، این مورد نمونهای از قدرت دادههای آرشیوی و پایش طولانیمدت آسمان است: ترکیب حساسیت فروسرخ، پوشش زمانی گسترده و تحلیل دقیق میتواند پدیدههایی را آشکار کند که با نگاههای کوتاهمدت یا تنها در یک باند طیفی قابل رؤیت نبودهاند.
منبع: sciencealert
ارسال نظر