بقای شگفت انگیز ستاره ای از انفجار ۸۵۰ سال پیش

نور ستاره‌ای که نزدیک به یک هزاره پیش منفجر شد، هنوز با ما سخن می‌گوید. اکنون این نور صدایی دارد، روشن‌تر و واضح‌تر از همیشه.

ستاره‌ای ۸۵۰ سال پیش منفجر شد. با این حال، هنوز زنده است

تصاویر تازه تلسکوپ جمینای شمالی، Pa 30 را از لکه‌ای مبهم به پرده‌ای دوخته‌شده از گره‌های گازی تبدیل کرده‌اند. آنچه پیش‌تر به شکل رشته‌هایی نرم و پیوسته دیده می‌شد، در واقع زنجیره‌هایی فشرده از تابش است؛ هر گره آن‌قدر چگال و یکنواخت است که این پرسش را پیش می‌کشد که چگونه شکل گرفته و طی قرن‌ها کنار هم باقی مانده است.

دانشمندان شهروند نخستین بار در سال ۲۰۱۳ توجه‌ها را به Pa 30 جلب کردند. سپس اخترشناسان حرفه‌ای به سراغ مشاهدات آرشیوی و گزارش‌های تاریخی رفتند و این سحابی را به ابرنواختری پیوند دادند که در سال ۱۱۸۱ در سراسر شرق آسیا و خاورمیانه مشاهده شده بود. همین شناسایی، Pa 30 را به یکی از تنها پنج ابرنواختری تبدیل کرد که پیش از عصر تلسکوپ دیده شده‌اند و امروزه می‌توان بقایای آن‌ها را به مشاهدات جدید مرتبط کرد. یافتن انفجاری ثبت‌شده که هسته ستاره‌ای بازمانده‌اش هنوز قابل آشکارسازی باشد، بسیار نادر است.

لیزر جمینای شمالی از میان هواتاب می‌درخشد. پرتو ستاره راهنمای لیزری تلسکوپ جمینای شمالی به جو زمین فرستاده می‌شود. این ستاره راهنمای لیزری برای اندازه‌گیری آشفتگی‌های جو زمین به کار می‌رود تا تلسکوپ بتواند اثر آن را اصلاح کند و به تصاویر شفاف‌تری از آسمان شب دست یابد. 

تصاویر چه چیزی را آشکار می‌کنند و چگونه ساخته شدند

Pa 30 در فاصله‌ای حدود ۷۵۰۰ سال نوری قرار دارد؛ آن‌قدر نزدیک که جمینای شمالی بتواند جزئیات ظریف آن را تفکیک کند. این تلسکوپ که روی مائونا کیا و در ارتفاع حدود ۴۲۰۰ متری قرار گرفته، از اپتیک سازگار و طیف‌نگار چندجرمی جمینای، GMOS، استفاده می‌کند تا اثر محوشدگی ناشی از جو زمین را پشت سر بگذارد. این گروه پژوهشی نوردهی‌های عمیق و فیلترهای باریک‌باند تنظیم‌شده روی خطوط گسیلی را با هم ترکیب کرد؛ به طور مشخص گوگرد یونیده، S II، و اکسیژن دوبار یونیده، O III، برای نقشه‌برداری از گاز در دماها و حالت‌های یونش متفاوت.

داده‌های S II نقطه عطف پژوهش بودند. آن‌ها حدود ده برابر ساختار رشته‌ای بیشتری نسبت به تصاویر پیشین آشکار کردند. این رشته‌ها نوارهایی پیوسته نیستند؛ بلکه به گردنبندی از گره‌ها شکسته می‌شوند. مرواریدهایی روی نخ را تصور کنید که در سراسر هاله‌ای کم‌نور از تابش پاشیده شده‌اند. هر گره فشرده است. به گفته نویسندگان، ناحیه درون یک گره منفرد می‌تواند با فضایی اضافی، حجمی برابر با منظومه شمسی ما تا مدار نپتون را تقریبا ده بار در خود جای دهد. این مقیاس را نشان می‌دهد: در مقیاس میان‌ستاره‌ای کوچک، اما از نگاه انسانی بسیار بزرگ.

تیم کانینگهام که هنگام حضور در مرکز اخترفیزیک، هدایت مشترک برنامه رصدی را بر عهده داشت، و ایلاریا کایاتسو که اکنون در مؤسسه علم و فناوری اتریش فعالیت می‌کند، تحلیل را پیش بردند. پژوهش آن‌ها در The Astrophysical Journal منتشر شد و هم بر مشاهدات تازه جمینای و هم بر دهه‌ها زمینه تاریخی از گزارش‌های قدیمی و داده‌های پیمایشی تکیه دارد.

چرا وجود یک ستاره بازمانده این بقایا را غیرمعمول می‌کند

Pa 30 با یک ابرنواختر نوع Iax مرتبط است؛ رده‌ای کمیاب که گاهی به عنوان انفجار گرماهسته‌ای ناموفق یا ناقص توصیف می‌شود. برخلاف انفجارهای کلاسیک نوع Ia که یک کوتوله سفید را به طور کامل از هم می‌پاشند، رویدادهای نوع Iax می‌توانند بقایایی گرانشی و پیوسته برجای بگذارند. در مورد Pa 30، تلسکوپ‌ها می‌توانند هسته ستاره‌ای بازمانده‌ای را در مرکز سحابی آشکار کنند؛ پدیده‌ای که در کهکشان ما از نظر رصدی بسیار نادر است.

در بسیاری از ابرنواخترها، به دلیل نامتقارن بودن انفجار، ستاره با سرعتی قابل توجه به یک سو رانده می‌شود؛ اما ستاره درون Pa 30 تقریبا دقیقا در مرکز هندسی سحابی نشسته است. این گروه سرعت عرضی بقایا، یعنی حرکت آن در پهنه آسمان، را اندازه‌گیری کرد و حد بالایی سخت‌گیرانه‌ای برای هرگونه ضربه جانبی تعیین کرد. نتیجه این است: انفجار باید به شکلی غیرمعمول متقارن بوده باشد، یا ضربه منتقل‌شده به هسته بازمانده فوق‌العاده کوچک بوده است. این محدودیت به دقیق‌تر شدن مدل‌های نظری کمک می‌کند که توضیح می‌دهند چگونه دو کوتوله سفید ممکن است برخورد یا برهم‌کنش کنند و به یک رویداد نوع Iax بینجامند.

دیدگاه کارشناس

«Pa 30 یک سنگ روزتا برای انفجارهای گرماهسته‌ای نادر است.» این را دکتر مایا سینگ، اخترفیزیک‌دان رصدی در دانشگاه ادینبرا می‌گوید. «ما می‌توانیم مدل‌ها را با هندسه واقعی و سرعت‌های واقعی بیازماییم. رشته‌های گره‌دار داستانی از برهم‌کنش‌های شوکی و محصورسازی مغناطیسی روایت می‌کنند که شبیه‌سازی‌ها تنها اشاره‌هایی به آن داشته‌اند. یافتن اجرام بیشتری مانند این، به ما اجازه می‌دهد فیزیک انفجار را به آمار جمعیتی پیوند دهیم.»

شناسایی بقایای بیشتری از نوع Iax در آینده نزدیک کاملا واقع‌بینانه است. گزارش‌های تاریخی از ستارگان مهمان درخشان تنها حدود هزار سال به عقب بازمی‌گردند، بنابراین ممکن است بسیاری از رویدادهای ثبت‌شده هنوز به بقایای امروزی خود پیوند نخورده باشند. اکنون که ریخت‌شناسی و اثرانگشت‌های طیفی Pa 30 بهتر مشخص شده‌اند، از جمله تابش قوی S II، ساختار متمایز O III و زنجیره‌های فشرده گره‌ای، اخترشناسان می‌توانند آرشیو پیمایش‌ها و مجموعه‌داده‌های میدان‌گسترده آینده را برای یافتن نامزدهای مشابه کاوش کنند.

کانینگهام اشاره می‌کند که پیمایش‌های نوین آسمان و خط لوله‌های یادگیری ماشین، حجم عظیمی از هدف‌های بالقوه تولید می‌کنند. نقشه دقیق Pa 30 به عنوان الگویی برای غربالگری به کار خواهد رفت. در عصر کلان‌داده‌های نجوم، داشتن یک نمونه معیار که به خوبی بررسی شده باشد، ارزش بسیار زیادی دارد. این نمونه به الگوریتم‌ها می‌آموزد که بقایای نوع Iax هنگام تفکیک شدن چه ظاهری دارند و به طبقه‌بندهای انسانی کمک می‌کند امیدوارکننده‌ترین نامزدها را برای طیف‌سنجی‌های بعدی در اولویت قرار دهند.

ایلاریا کایاتسو، استادیار مؤسسه علم و فناوری اتریش (ISTA). کایاتسو این پژوهش را همراه با تیم کانینگهام از مرکز اخترفیزیک | هاروارد و اسمیتسونین هدایت کرد؛ کانینگهام اکنون استادیار دانشگاه وارویک است.

پیامدهای گسترده‌تر و گام‌های بعدی

فراتر از شناسایی خویشاوندان Pa 30، این مشاهدات پرسش‌های بنیادینی را پیش می‌کشند. گره‌های فشرده چگونه در مواد پرتابی در حال انبساط شکل می‌گیرند و طی قرن‌ها دوام می‌آورند؟ آیا میدان‌های مغناطیسی که از درون بقایا عبور می‌کنند، این گره‌ها را محصور نگه می‌دارند؟ آیا گره‌ها نشان‌دهنده توده‌هایی هستند که هنگام انفجار پرتاب شده‌اند، یا حاصل ناپایداری‌های هیدرودینامیکی بعدی‌اند، زمانی که مواد پرتابی با محیطی کم‌چگال در اطراف خود برهم‌کنش می‌کنند؟

پاسخ به این پرسش‌ها هم به مدل‌سازی نیاز دارد و هم به داده‌های بیشتر. طیف‌سنجی با وضوح بالاتر می‌تواند سرعت‌ها را درون گره‌های منفرد نقشه‌برداری کند. اندازه‌گیری‌های قطبش‌سنجی ممکن است نقش میدان‌های مغناطیسی را آشکار سازد. پایش بلندمدت نیز خواهد آزمود که آیا این گره‌ها در بازه‌های زمانی قابل مشاهده تحول می‌یابند یا پراکنده می‌شوند.

در نهایت، Pa 30 یادآور این نکته است که کهکشان ما هنوز رازهایی را در برابر چشم ما پنهان کرده است. برخی مرگ‌های ستاره‌ای پایانی مرتب و ساده ندارند. در چند مورد، ستاره زنده می‌ماند؛ زخمی اما درخشان، و روایتی پیچیده را بازگو می‌کند. Pa 30 آزمایشگاهی کمیاب در اختیار اخترشناسان قرار می‌دهد تا مرز میان ازهم‌گسیختگی کامل و بقا را در انفجارهای گرماهسته‌ای مطالعه کنند.

جمع‌بندی

تصاویر جمینای شمالی از Pa 30 این بقایای ابرنواختری باستانی را از ابهام بیرون می‌آورند. گره‌ها جای رشته‌های هموار را می‌گیرند. هسته‌ای بازمانده در جایی قرار دارد که فیزیک پیش‌بینی می‌کند اگر انفجار تقارن خود را حفظ کرده باشد، می‌تواند آنجا باشد. برای پژوهشگرانی که در جست‌وجوی ردپای فسیلی انفجارهای ستاره‌ای هستند، Pa 30 هم معیار است و هم چراغ راه. با آغاز به کار پیمایش‌های تازه و بهبود ابزارهای تحلیلی، شاید به زودی نمونه‌های بیشتری از این سامانه‌های کمیاب و نیمه‌منفجرشده آشکار شوند. وقتی چنین شود، Pa 30 معیاری خواهد بود که آن‌ها با آن سنجیده می‌شوند.