6 دقیقه
طیف نادر، لایههای درونی یک ستاره را آشکار می‌کند
برای نخستین‌بار، اخترشناسان اثرانگشت شیمیایی لایههای درونی یک ستارهٔ پرجرم را درست پیش از انفجار نهایی و در خلال آن مشاهده کردهاند. یک گذرا که ابتدا توسط Zwicky Transient Facility در 2021 شناسایی و با نام SN 2021yf برچسب‌گذاری شد، با طیفسنجی در رصدخانهٔ W. M. Keck پیگیری گردید. طیف‌سنج کم‌رزولوشن Keck خطوط نشر باریک از سیلیکون، گوگرد و آرگون با یونش بالا — عناصری که معمولاً زیر پوسته‌های بیرونی ستاره پنهاناند — را ثبت کرد، همراه با کربن دو بار یونیده، منیزیم یک‌بار یونیده و هلیوم خنثی. این آشکارسازی‌ها نگاهی مستقیم به نواحی عمیق ستاره می‌دهند و نیاز به بازنگری در چگونگی از دست دادن شدید جرم که میتواند ستاره را تا نزدیکی هسته‌اش لخت کند، را مطرح می‌کنند.
زمینهٔ علمی: ستارههای لایه‌ای و از دست دادن جرم
مدلهای تکامل ستارهای مدت‌ها پیش‌بینی کردهاند که ستارههای پرجرم ساختاری پیازی‌شکل با لایههای متوالی تشکیل می‌دهند: عناصر سبک مانند هیدروژن و هلیوم در پوسته‌های بیرونی قرار دارند، در حالی که عناصر سنگین‌تر (کربن، اکسیژن، نئون، منیزیم، سپس سیلیکون و گوگرد) در نواحی سوختن عمیق‌تر ساخته می‌شوند. هرچه ستارههای پرجرم به فروپاشی هسته نزدیک می‌شوند، معمولاً از طریق بادها، انفجارات یا تعامل با یک همدم دوتایی جرم از دست می‌دهند. آن لایههای بیرونی اخراج‌شده معمولاً امضاهایی از هیدروژن، هلیوم، کربن یا اکسیژن را در طیف‌های ابرنواختر نشان می‌دهند. با این حال، آشکارسازی مستقیم سیلیکون، گوگرد و آرگون در مادهٔ پیرامون ستارهای نشان میدهد که این ماده منشأیی بسیار عمیق‌تر در پیش‌ساز داشته است تا آنچه پیش‌تر مشاهده شده بود.
مشاهدات و ابزارها
گذارای SN 2021yf در فاصلهٔ حدود 2.2 میلیارد سال نوری قرار دارد. پس از گزارش ZTF در 2021، رصدگران در Keck I طی حدود یک روز طیف‌هایی با LRIS گرفتند. طیف خطوط نشر باریک و با یونش بالا از Si، S و Ar را که بر سایر مراحل یونش افزوده شده بود نشان میدهد؛ بخشی از گاز منتشرشده در محیط پیرامون ستاره با سرعت حدود 3,000 km/s حرکت می‌کرد. پهنای خطوط و حالات یونش نشان می‌دهند که این عناصر لایهٔ درونی در پوسته‌های چگال پیرامون پیش‌ساز پیش از انفجار حضور داشته‌اند و برخوردهای بعدی بین این پوسته‌ها موجب تولید نمایش نوری پرنور شده‌اند.
آنچه داده‌ها تأیید می‌کنند—و آنچه را به چالش می‌کشند
این مشاهدات Keck تأیید مستقیم و چشمگیری ارائه می‌دهند که ستارههای پرجرم همان‌طور که نظریه پیش‌بینی می‌کند لایه‌ای هستند، زیرا طیف نمونهای از مادهٔ نواحی سوختن درونی را در اختیار می‌گذارد. در عین حال، SN 2021yf انتظارات دربارهٔ میزان جرمی که یک ستاره میتواند پیش از فروپاشی از دست بدهد را به چالش می‌کشد: پیش‌ساز باید بهطور غیرمعمولی عمیقاً برهنه شده باشد و لایههای درونی را که معمولاً تا پس از فروپاشی هسته پنهاناند، آشکار کند. این لخت‌شدگی شدید نشان میدهد یا دوره‌های جرم‌زدایی پیشابرنواختری بسیار خشونت‌آمیزتر رخ داده‌اند یا سناریوهای تداخلی ویژه‌ای وجود دارد که هنوز در مدل‌ها به‌خوبی گنجانده نشده‌اند.
پیامدها برای ردهبندی ابرنواخترها و فیزیک پیش‌ساز
ردهبندی ابرنواخترها معمولاً بر پایهٔ امضاهای هیدروژن و هلیوم انجام می‌شود: نوع II هیدروژن دارد، نوع I ندارد؛ زیرنوع‌ها براساس خطوط دیگر تفکیک می‌شوند. پژوهشگران پیشنهاد می‌کنند که SN 2021yf نمایندهٔ یک کلاس طیفسنجی پیش‌تر گزارش‌نشده باشد—بهطور موقت با نام نوع Ien نام‌گذاری شده—که با نشر باریکِ سیلیکون و گوگرد یونیده برجسته می‌شود به‌جای H یا He. اگر این طبقه‌بندی با نمونههای بیشتری تأیید شود، Type Ien میتواند سامانهٔ ردهبندی را گسترش دهد و مسیر جدیدی را برای پایان زندگی ستارههای پرجرم نشان دهد.
چندین سازوکار میتوانند لخت‌شدگی مشاهده‌شده را تولید کنند: انفجارات تکرارشوندهٔ هسته‌ای در مراحل پایانی (جرم‌زدایی نوسانی)، بادهای ستارهای بسیار شدید که ممکن است با کمک یک همراه نزدیک تقویت شوند، یا یک هم‌آمیزی/تداخل پرانرژی با یک جرم همراه غنی از هلیوم. وجود اندکی هلیوم در مادهٔ پیرامون ستاره تصویر را پیچیده می‌کند و ممکن است نشان‌دهندهٔ تعامل دوتایی یا پرتاب لایههای ترکیبی در چندین اپیزود به‌جای یک رخداد منفرد فاجعه‌بار باشد. Credit: W.M. Keck Observatory/Adam Makarenko
کشف‌های کلیدی و گام‌های بعدی
- آشکارسازی سیلیکون، گوگرد و آرگون با یونش بالا در مادهٔ پیرامون ستاره بی‌سابقه در یک طیف ابرنواختری است و نشان میدهد مادهٔ لایهٔ درونی پیش از انفجار حضور داشته است.
- سرعت‌های خطوط نشری (~3,000 km/s) و پروفایل‌های باریک نشان‌دهندهٔ پوسته‌های چگال و برهم‌کنش شوک به‌عنوان منبع اصلی روشنایی هستند.
- این رخداد ممکن است نخستین نمونهٔ شناسایی‌شدهٔ یک ردهٔ پیشنهادی Type Ien باشد، اما یک شیء به‌تنهایی هنوز نمی‌تواند نرخ‌ها یا کانال‌های غالب پیش‌ساز را مشخص کند.
ادامهٔ نظرسنجی‌های گذرا با میدان گسترده (ZTF, ATLAS, LSST در آیندهٔ نزدیک) همراه با پاسخ طیفسنجی سریع از تلسکوپ‌های بزرگ برای یافتن نمونههای بیشتر، اندازه‌گیری جمعیت‌شناسی و آزمودن اینکه تعامل دوتایی یا مدلهای ناپایداری شدید ستارهای بهترین توضیح را ارائه می‌دهند، ضروری خواهد بود.
دیدگاه کارشناسی
دکتر پریا رامان، اخترفیزیکدانی مشاهداتی که به انفجارهای ستارههای پرجرم می‌پردازد، می‌گوید: "این طیف تغییردهندهٔ بازی است، زیرا ابزار مستقیمی از محصولات نوکلئوسنتز بسیار نزدیک‌تر به هستهٔ ستاره فراهم می‌کند تا آنچه پیش‌تر دیده‌ایم. اگر انفجارات مکرر بتوانند لایه‌ها را یک‌به‌یک بکنند، باید مدلهای مراحل پایانی ستاره را بازنگری کنیم تا زمان‌بندی و انرژی این انفجارات را دربرگیرند. نمونههای بیشتر به ما خواهند گفت که آیا SN 2021yf یک مورد منفرد است یا یک مسیر جدید برای فروپاشی هسته."
نتیجه‌گیری
طیف Keck از SN 2021yf روشن‌ترین شواهد مشاهداتی تا امروز را ارائه میدهد که ستارههای پرجرم میتوانند پیش از یک انفجار مرئی تا درون‌های غنی از سیلیکون و گوگرد لخت شوند. این یافته برخی جنبه‌های ساختار لایه‌ای ستاره‌ها را تأیید می‌کند و در عین حال خلأهایی در درک ما از از دست دادن جرم در مراحل پایانی را آشکار می‌سازد. چه این شیء آغاز یک ردهٔ جدید Type Ien باشد یا یک نمونهٔ نادر، اهمیت پیگیری طیفسنجی سریع و نیاز به مشاهدات بیشتر برای نقشه‌برداری از تنوع مرگ‌های ستارههای پرجرم را برجسته می‌کند. Credit: Wikipedia
منبع: scitechdaily
.avif)
نظرات