کشف ۸۴ منبع پرتو ایکس ابرنرم پنهان در کهکشان های نزدیک

تصور کنید وارد مهی غلیظ می‌شوید و به جای چراغ‌های خودرو، فقط کم‌نورترین هاله‌های نور را پیرامون چند چراغ خیابانی می‌بینید. آن چراغ‌ها در واقع روشن‌اند، اما شما بیشتر درخشش آن‌ها را نمی‌بینید، چون مه طول‌موج‌هایی را که چشم شما برای دیدن نیاز دارد می‌بلعد. اخترشناسان هنگام بررسی کهکشان‌های نزدیک با همین ترفند طبیعت روبه‌رو شده‌اند: ۸۴ جرم که در نرم‌ترین بخش‌های باند پرتو ایکس پنهان بودند و عملا تا زمانی که با روش درست بررسی نشدند، نادیدنی باقی ماندند.

بازبینی رصدی داده‌های آرشیوی رصدخانه پرتو ایکس چاندرای ناسا این منابع را آشکار کرد. این گروه پژوهشی به سرپرستی مصطفی محب‌الله از دانشگاه آلاباما، آن‌ها را منابع پرتو ایکس ابرنرم می‌نامد. این نام به فوتون‌های پرتو ایکس با انرژی بسیار پایین اشاره دارد که چاندرا از این اجرام ثبت می‌کند؛ به نظر می‌رسد بخش عمده توان تابشی آن‌ها حتی در طول‌موج‌های نرم‌تر، یعنی فرابنفش شدید، قرار دارد؛ محدوده‌ای که تلسکوپ‌های ما به ندرت آن را ثبت می‌کنند.

تصویری هنری از منابع پرتو ایکس ابرنرم در کهکشان بیضوی ان‌جی‌سی ۳۳۷۹ در چپ و کهکشان مارپیچی ام۱۰۱ در راست؛ این منابع با رنگ‌های بنفش و ارغوانی مشخص شده‌اند. تصویر برای نمایش بهتر تقویت شده است.

چرا این اجرام پنهان مانده بودند

چاندرا برای پرتوهای ایکس پرانرژی سیگنال قابل توجهی ثبت می‌کند، اما هنگامی که انرژی فوتون‌ها به کمتر از چند دهم کیلوالکترون‌ولت می‌رسد، حساسیت تلسکوپ کاهش می‌یابد. گاز میان‌ستاره‌ای نیز این مشکل را تشدید می‌کند. نور فرابنفش شدید به شکل موثری توسط گاز میان ستاره‌ها جذب می‌شود. آنچه به چاندرا می‌رسد فقط دنباله کم‌انرژی تابش است، معمولا در بازه ۰٫۱۵ تا ۰٫۳ کیلوالکترون‌ولت. کم‌فروغی در این انرژی‌ها باعث شد این اجرام در پیمایش‌های پیشین به سادگی از نگاه‌ها پنهان بمانند.

این کشف حاصل شانس کور نبود. این منابع در رصدهای مستقل، در همان موقعیت‌های آسمانی دوباره ظاهر شدند و در برخی موارد با تلسکوپ ایکس‌ام‌ام نیوتن نیز تایید شدند. آن‌ها الگوهای مکانی مشخصی هم نشان می‌دهند: چند مورد در امتداد بازوهای مارپیچی ام۱۰۱ دیده می‌شوند، در حالی که برخی دیگر با جمعیت‌های ستاره‌ای پیرتر در کهکشان‌های بیضوی مانند ان‌جی‌سی ۳۳۷۹ ارتباط دارند. مدل‌های آماری نشان می‌دهند کمتر از ۳ درصد این آشکارسازی‌ها احتمالا هم‌خطی تصادفی با اجرام پس‌زمینه نامرتبط هستند.

منابع پرتو ایکس ابرنرم در ناحیه مرکزی کهکشان بیضوی ان‌جی‌سی ۳۳۷۹. این منابع در پایین‌ترین انرژی‌های پرتو ایکس قابل دسترس برای چاندرا، بین ۰٫۱۵ تا ۰٫۳ کیلوالکترون‌ولت، ظاهر می‌شوند (چپ)، اما بین ۰٫۳ تا ۱٫۰ کیلوالکترون‌ولت تابش اندک یا تقریبا هیچ تابشی نشان نمی‌دهند (راست). بیضی‌های سفید جایگاه آن‌ها را مشخص کرده‌اند. 

هر یک از این درخشش‌ها چه می‌تواند باشد؟

هیچ نشانه قطعی و یگانه‌ای وجود ندارد. ابرنرم، طیفی را توصیف می‌کند که به ابزارهای ما می‌رسد، نه یک سازوکار فیزیکی واحد. گروه‌های محتمل شامل کوتوله‌های سفید با همجوشی هسته‌ای هستند که از یک ستاره همدم ماده می‌گیرند، نواخترهای تازه‌ای که پس از فوران هنوز در حال سرد شدن‌اند، ستاره‌های نوترونی در رژیم‌های برافزایشی نامعمول، یا سیاهچاله‌های هم‌جرم ستاره‌ای که تابش آن‌ها به شدت به باندهای فرابنفش شدید منتقل شده است.

یکی از دلایل اهمیت این موضوع این است: ابرنواخترهای نوع یک-آ، یعنی انفجارهای گرماهسته‌ای که برای اندازه‌گیری فاصله‌های کیهانی به کار می‌روند، به کوتوله‌های سفیدی نیاز دارند که به سوی یک جرم بحرانی رشد کنند. از نظر رصدی، انفجارهای زیادی را می‌بینیم، اما تعداد نامزدهای پیش‌ساز در مرحله پایدار و برافزایشی آن‌ها بسیار کمتر از چیزی است که مدل‌ها پیش‌بینی می‌کنند. اگر بخشی از منابع ابرنرم، کوتوله‌های سفیدی باشند که ماده برافزوده را آرام می‌سوزانند و عمدتا در فرابنفش شدید تابش می‌کنند، می‌توانند بخشی از این جمعیت گمشده را توضیح دهند.

محب‌الله گفت: «آنچه بیش از همه ما را شگفت‌زده کرد این است که با وجود دشواری زیاد در آشکارسازی، این اجرام می‌توانند بسیار درخشان باشند.» ثبت مستقیم خروجی غالب در فرابنفش شدید می‌تواند گواه نهایی باشد، اما محیط میان‌ستاره‌ای در این مسیر دخالت می‌کند.

چه تعداد بیشتری از این اجرام در کیهان وجود دارد؟

کاهش حساسیت کم‌انرژی چاندرا و آلودگی آشکارسازها به این معناست که ۸۴ جرم شناسایی‌شده احتمالا فقط نوک یک کوه یخ هستند. این گروه برآورد می‌کند چاندرا درخشان‌ترین اعضای یک جمعیت بسیار بزرگ‌تر را ثبت کرده است. اگر چنین باشد، کهکشان‌ها میزبان گروهی پنهان هستند که می‌توانند از طریق تابش فرابنفش شدید بر یونش موضعی، گرمایش و شیمی محیط میان‌ستاره‌ای اثر بگذارند. به بیان دیگر، آن‌ها می‌توانند بی‌آنکه نشانه‌های آشکار نوری یا پرتو ایکس پرانرژی داشته باشند، آرام و پنهان محیط پیرامون خود را دگرگون کنند.

چه رصدهایی ابهام را برطرف می‌کند؟

دما کلید ماجراست. رصدهای هم‌زمان در فرابنفش و پرتو ایکس نرم می‌تواند توزیع انرژی طیفی را محدود کند و نشان دهد آیا یک جرم کوتوله سفید داغ است، پوسته نواختری در حال سرد شدن است، یا یک جرم فشرده برافزایشی. ماموریت‌های آینده با توان عبور بهتر در پرتو ایکس کم‌انرژی و ابزارهای حساس به باند فرابنفش شدید می‌توانند تحول‌آفرین باشند. طرح‌هایی مانند رصدخانه پرتو ایکس لینکس یا آتنای آژانس فضایی اروپا می‌توانند کمک کنند؛ همچنین کارزارهای هدفمند با استفاده از ابزارهای فرابنفش هابل و رصدهای هماهنگ پرتو ایکس از چاندرا یا ایکس‌ام‌ام نیوتن ارزشمند خواهند بود.

فراتر از ماموریت‌های تازه، کاوش دقیق داده‌های آرشیوی، بهبود واسنجی آشکارسازها و کارزارهای مشترک چندطول‌موجی تصویر روشن‌تری به دست خواهد داد. اگر حتی بخش کوچکی از جمعیت پنهان واقعا کوتوله‌های سفید با همجوشی هسته‌ای باشند، اخترشناسان به نمایی کمیاب از تحول پیش از ابرنواختر دست می‌یابند و سرنخی مهم برای حل مسئله پیش‌سازهای ابرنواختر نوع یک-آ به دست می‌آورند.

دیدگاه کارشناس

دکتر لنا اورتیز، اخترفیزیک‌دانی که دوتایی‌های فشرده را مطالعه می‌کند، گفت: «این کشف یک اثر گزینشی را برجسته می‌کند که دهه‌ها با آن زندگی کرده‌ایم. جهان در گستره وسیعی تابش می‌کند. اگر فقط در یک باند محدود گوش بدهید، جمعیت‌های کاملی را از دست خواهید داد. این منابع ابرنرم دعوتی برای گسترش راهبرد رصدی ما هستند. تعیین دقیق دما و تغییرپذیری آن‌ها نشان خواهد داد که آیا آن‌ها همان بذرهای گمشده ابرنواخترهای نوع یک-آ هستند یا رده‌ای غیرمنتظره از اجرام برافزایشی.»

جمع‌بندی

این ۸۴ منبع پرتو ایکس ابرنرم به ما یادآوری می‌کنند که گسیلنده‌های نیرومند می‌توانند درست پیش چشم ما پنهان بمانند، وقتی فوتون‌هایشان به طول‌موج‌هایی منتقل می‌شود که ابزارهای ما به آسانی قادر به نمونه‌برداری از آن‌ها نیستند. این کشف مسیرهای عملی و نظری تازه‌ای می‌گشاید: پیگیری رصدهای هماهنگ فرابنفش و پرتو ایکس، بازنگری در جمعیت‌شناسی پیش‌سازهای ابرنواختر نوع یک-آ و طراحی ابزارهایی که آسمان فرابنفش شدید را دوباره بازیابی کنند. گام به گام و با دقت، مه کنار می‌رود.