راز کوتوله های سفید پرتو ایکس تاب پس از ادغام ستاره ها

دو ستاره مرده را تصور کنید که حاضر نیستند مانند دیگر پیکرهای خاموش کیهان رفتار کنند. آن‌ها در پرتو ایکس می‌درخشند، مانند توربین‌هایی بسیار کوچک می‌چرخند، غول‌های مغناطیسی‌اند که در ابعادی هم‌اندازه سیاره‌ها فشرده شده‌اند، و هیچ همراهی هم نیست که آن‌ها را به سوی خود بکشد. کنجکاو شدید؟ پژوهشگران مؤسسه علم و فناوری اتریش هم همین حس را داشتند.

این اجرام که «گندالف» و «ماه‌اندازه» نام گرفته‌اند، در آغاز کوتوله‌های سفیدی معمولی بودند که پس از خشونت‌های ستاره‌ای پدید آمدند: دو ستاره با هم ادغام شدند و بازمانده‌هایی فوق‌چگال بر جای گذاشتند. با این حال، این بقایا مجموعه‌ای عجیب از ویژگی‌ها را با هم دارند، دقیق‌تر بگوییم پنج ویژگی، که آن‌ها را از مجموعه شناخته‌شده کوتوله‌های سفید جدا می‌کند. آن‌ها فوق‌پرجرم، به‌شدت مغناطیسی، تندچرخان، بی‌همراه و به شکل چشمگیری در پرتو ایکس درخشان‌اند. به باور این تیم، وجود دو نمونه با پنج ویژگی مشترک کافی است تا از احتمال شکل‌گیری یک رده تازه از بقایای ستاره‌ای سخن گفته شود.

گندالف نخستین بار در بررسی‌های پیگیری این تیم به‌عنوان جرمی غیرعادی شناسایی شد. این جرم هر شش دقیقه یک‌بار به دور خود می‌چرخد. چنین سرعتی خیره‌کننده است: بسیاری از سامانه‌های دوتایی دارای اجرام فشرده، چرخش خود را با دوره مداری همراهشان هماهنگ می‌کنند؛ سریع‌ترین مدار شناخته‌شده از این نوع حدود ۸۰ دقیقه است. چرخش خشمگین گندالف، همراه با نشانه‌هایی از گسیل هیدروژن که در هر چرخه چرخش میان دو قله جابه‌جا می‌شود، تصویری از یک نیم‌حلقه ماده را ترسیم می‌کند که به‌وسیله میدان مغناطیسی نامتقارن در جای خود قفل شده است. نیم‌حلقه، نه یک قرص کامل. نه چیزی که اخترشناسان پیش از این پیرامون یک کوتوله سفید دیده باشند.

ماه‌اندازه که پیش‌تر گزارش شده بود و اکنون با داده‌های تازه دوباره تحلیل شده، به‌تنهایی نمونه‌ای افراطی به شمار می‌رود: جرمی تقریباً هم‌جرم خورشید که در جسمی قابل مقایسه با ماه فشرده شده است. این جرم نیز بسیار مغناطیسی و تندچرخان است، اما ساختار آشکار پیرامون‌ستاره‌ای را که اطراف گندالف دیده می‌شود ندارد. سن این دو جرم نیز متفاوت است. ادغام گندالف احتمالاً ده‌ها میلیون سال پیش رخ داده، در حالی که برخورد منجر به پیدایش ماه‌اندازه به حدود نیم میلیارد سال پیش بازمی‌گردد. گندالف در پرتو ایکس حدود صد برابر درخشان‌تر از ماه‌اندازه می‌تابد؛ موضوعی که می‌تواند نشانه خاموش شدن تدریجی یک موتور درونی یا مسیرهای متفاوت پس از ادغام باشد.

کوتوله‌های سفید منزوی چگونه پرتو ایکس تولید می‌کنند؟ این پرسش در قلب این کشف قرار دارد. یک ایده جذاب از فیزیک تپ‌اخترها الهام می‌گیرد: میدان مغناطیسی نیرومند و تندچرخان می‌تواند ذرات باردار را از خود ستاره جدا کند و آن‌ها را به بیرون پرتاب کند، در نتیجه بدون نیاز به هیچ همراهی، تابش پرانرژی پدید می‌آید. این توضیح از آن رو زیباست که تنها به توان درونی بازمانده ستاره‌ای تکیه دارد. اما جریان‌های خروجی تپ‌اخترمانند تاکنون در شرایط مربوط به کوتوله‌های سفید شبیه‌سازی نشده‌اند.

احتمال دیگری به بقایای به‌جامانده از ادغام مربوط می‌شود. در برخوردهای سهمگین، همه ماده بلافاصله فرو نمی‌ریزد. جریان‌هایی از ماده در مدارهای کشیده می‌توانند بازگردند و طی میلیون‌ها سال به‌تدریج برافزایش پیدا کنند و هنگامی که دوباره بر سطح بازمانده سقوط می‌کنند، تابش پرانرژی ناپیوسته ایجاد کنند. این ایده بازگشت ماده به‌طور طبیعی فعالیت طولانی‌مدت پرتو ایکس را توضیح می‌دهد، اما به مخزنی از ماده نیاز دارد که با آرایشی بسیار خاص باقی مانده باشد.

منبعی ساده‌تر اما همچنان محتمل نیز وجود دارد: آلودگی بیرونی ناشی از سیارک‌ها، قطعات سیاره‌ای یا دیگر اجرام کوچک که به درون رانده می‌شوند و به مصرف بازمانده چگال می‌رسند. بسیاری از کوتوله‌های سفید در طیف خود نشانه‌هایی از چنین آلودگی‌ای نشان می‌دهند. گندالف از راه نشانه‌های غنی از کربن یا سیلیکون به این نوع آلودگی اشاره دارد، در حالی که ماه‌اندازه چنین نشانه‌ای ندارد؛ همین موضوع تعمیم سناریوی بقایای سیاره‌ای به هر دو جرم را دشوارتر می‌کند.

آنچه این دو ستاره را به‌ویژه جذاب می‌کند، این است که اخترشناسان را وادار می‌کنند در طبقه‌بندی خود بازنگری کنند. کشف‌ها اغلب با یک جرم عجیب آغاز می‌شوند که جست‌وجو برای یافتن هم‌خانواده‌هایش را برمی‌انگیزد؛ اما در اینجا دو عضو از این خانواده از پیش پیدا شده‌اند. وجود پرتو ایکس در بقایای ادغامی منزوی، مغناطیسی و تندچرخان این احتمال را مطرح می‌کند که جمعیتی کامل از اجرام مشابه در داده‌های پیمایشی پنهان مانده باشند، یا به‌اشتباه طبقه‌بندی شده باشند، یا چون رفتارشان با الگوهای استاندارد همخوانی ندارد نادیده گرفته شده باشند.

فراتر از طبقه‌بندی، این کشف پیامدهایی برای تکامل ستاره‌ای و سیاره‌ای دارد. اگر جریان‌های خروجیِ رانده‌شده با میدان مغناطیسی واقعی باشند، برداشت ما از کاهش تکانه زاویه‌ای و تحول میدان مغناطیسی پس از ادغام تغییر می‌کند. اگر برافزایش ماده بازگشتی نقش غالب داشته باشد، آنگاه زمان‌بندی و هندسه مواد پرتاب‌شده در ادغام به شیوه‌هایی اهمیت پیدا می‌کند که رصدگران هنوز به‌طور کامل نقشه‌برداری نکرده‌اند. اگر بقایای سیاره‌ای گاهی این بازمانده‌ها را تغذیه کنند، داستان مرگ ستاره‌ای به سرنوشت سامانه‌های سیاره‌ای پیرامون آن گره می‌خورد؛ پایانی تیره که در آن جهان‌ها به گاز و غبار خرد می‌شوند و برای لحظه‌ای کوتاه، خورشیدهای مرده خود را دوباره روشن می‌کنند.

تیم آیستا به سرپرستی ایلاریا کایاتسو، با مشارکت‌های کلیدی دانشجویان دکتری آندری کریستئا و آیوش دسای، یافته‌های خود را در نشریه «اخترشناسی و اخترفیزیک» منتشر کرد و پیش‌چاپی مفصل را در آرکایو به اشتراک گذاشت. کار آن‌ها مسیرهای فوری برای پیگیری می‌گشاید: رصدهای عمیق‌تر پرتو ایکس، کارزارهای طیف‌سنجی هدفمند برای جست‌وجوی نشانه‌های بیشتر از نیم‌حلقه‌ها، و مدل‌سازی نظری برای آزمودن جریان‌های خروجی تپ‌اخترمانند در فیزیک کوتوله‌های سفید.

دو بازمانده عجیب. پنج ویژگی مشترک. چندین توضیح رقیب. کیهان مهارتی شگفت در پاسخ دادن به پرسش‌ها با معماهای تازه دارد؛ اکنون شکار آغاز شده تا معلوم شود چه اجرام دیگری با همین صدای غریب پاسخ می‌دهند.