10 دقیقه
مقدمه
وجود لایههای درونی یک ستارهٔ پرجرم پیش از انفجار نهایی‌اش، موضوعی است که دانشمندان سال‌ها تلاش کرده‌اند به آن دست یابند. ابرنواختر SN2021yfj یک نمونهٔ نادر است که این پنجرهٔ مستقیم را فراهم کرده است. در مطالعه‌ای که در Nature در تاریخ 20 اوت 2025 منتشر شد، Steve Schulze از Northwestern University و همکارانش گزارش دادند که مادهٔ پیرستارهای پیرامون SN2021yfj عمدتاً از گاز غنیشده به سیلیکون تشکیل شده است. این ترکیب معمولاً فقط چند ماه از زمانِ سوختن تا رسیدن به هستهٔ آهن فاصله دارد و به‌ندرت در رانده‌های ابرنواختری دیده می‌شود.
مشاهده و کشف
ستاره‌شناسان توانستند بخش داخلی یک ستارهٔ در حال مرگ را به طور غیرمعمولی باز و آشکار ببینند. این ابرنواختر، که محققان آن را «"extremely stripped supernova"» توصیف کرده‌اند، نمونه‌ای است که لایههای عمیق از ستاره را پیش از فروپاشی هسته‌ای در معرض دید قرار داده است.
یافتهٔ تیم Schulze نشان می‌دهد که مادهٔ پیرستارهای پیرامون SN2021yfj توسط گازهای سیلیکون‌محور و غنی از سیلیکون تسلط یافته است. برای تایید امضای شیمیایی و ساختار سرعت این پوستهٔ گازی، طیفسنجی و تصویربرداری با ابزارهایی در رصدخانه‌هایی از جمله Keck انجام شد. این کشف ابزار محکمی برای اندازه‌گیری مستقیم ساختار درونی یک ستارهٔ پیش از ابرنواختر فراهم می‌آورد و از مدلهای سنتز هسته‌ای و فیزیک فروپاشی هسته‌ای پشتیبانی میکند.
چرا این کشف نادر است
معمولاً پوسته‌های پیرستارهای که پیش از ابرنواخترها مشاهده می‌شوند، از هیدروژن، هلیوم یا کربن تشکیل شده‌اند؛ یعنی محصولِ مراحل سوختنِ آهسته‌ترِ قبلی. لایههای درونی‌تر مثل نئون، اکسیژن و سیلیکون معمولاً درست پیش از انفجار تشکیل می‌شوند و نزدیک به سطح ستاره باقی می‌مانند، بنابراین به‌ندرت در مادهٔ پیرستارهای دیده می‌شوند.
ولی در SN2021yfj امضای واضح سیلیکون در پوستهٔ گازی اطرافِ انفجار دیده شد. این موضوع نشان می‌دهد که مواد بسیار نزدیک به هستهٔ آهن ستاره پیش از انفجار بیرون رانده شده‌اند. یک باد معمولی و پیوستهٔ ستارهای بهتنهایی بعید به‌نظر می‌رسد بتواند این لایههای عمیق را در بازهٔ زمانی کوتاه حذف کند؛ بنابراین تعامل دوگان یا جفت‌های دوتایی که در آن یک همراه نزدیک به‌طور گرانشی لایهها را می‌تراشد، محتمل‌ترین علت است.
سنتز هسته‌ای، ساختار لایه‌ای و فروپاشی هسته
چگونه همجوشی لایهها را می‌سازد
ستاره‌های پرجرم انرژی و عناصر را از طریق مراحل پیاپی همجوشی هسته‌ای تولید می‌کنند. هیدروژن برای میلیون‌ها سال به هلیوم تبدیل می‌شود؛ در مراحل بعدی کربن، نئون، اکسیژن، سیلیکون و در نهایت آهن شکل می‌گیرد. هر مرحلهٔ همجوشی در بازه‌های زمانی کوتاه‌تری اتفاق می‌افتد: برای نمونه، سوختن سیلیکون ممکن است روزها تا ماه‌ها ادامه یابد، در حالی که سوختن هیدروژن میلیون‌ها سال طول می‌کشد. این مراحل سریالی ساختاری شبیه پیاز از عناصر را اطراف هسته ایجاد می‌کنند.
در طول تکامل ستاره، ستاره جرمش را از طریق بادها یا فوران‌ها از دست می‌دهد. به‌طور معمول، پوسته‌های پیرستارهای که در اطراف ابرنواخترهای فروپاشی هسته مشاهده می‌شوند حاوی لایههای هیدروژن، هلیوم یا کربن هستند — محصولِ فازهای سوختن قبلی و کندتر. لایههای درونی‌تر (نئون، اکسیژن، سیلیکون) اندکی پیش از انفجار تشکیل می‌شوند و معمولاً نزدیک سطح ستاره می‌مانند؛ بنابراین ندرتاً در مادهٔ پیرستارهای پیش از ابرنواختر دیده می‌شوند.
پیامدهای ساختاری برای فروپاشی هسته
دیدن سیلیکون در مادهٔ پیرستارهای به این معنی است که حذف یا بیرون‌راندن لایهها میتواند بسیار عمیق‌تر از آنچه پیش‌بینی می‌شد انجام شود. این امر سوالاتی جدی دربارهٔ سرعت و سازوکار از دست رفتن جرم پیش از فروپاشی مطرح میکند. اگر لایههای نزدیک به هسته با سرعت بالا از ستاره جدا شوند، شرایطِ فروپاشی و سپس نحوهٔ رانش عناصر به میانستارهای پس از ابرنواختر تغییر خواهد کرد.
آنچه SN2021yfj را متمایز میکند
تحلیل تیم Schulze نشان می‌دهد که پوستهٔ گازی اطراف SN2021yfj اثر انگشت شیمیایی سیلیکون را حمل میکند؛ یعنی مواد بسیار نزدیک به هستهٔ آهن قبل از انفجار خارج شده‌اند. این واقعیت با یک باد ستارهای پایدار معمولی سازگار نیست؛ در عوض تعامل با یک همراه نزدیک — یعنی انتقال جرم یا تراشیده شدن گرانشی توسط یک ستارهٔ دوتایی — توجیهی منطقی‌تر ارائه می‌دهد.
کشف مادهٔ پیرستارهای سیلیکون‌محور اهمیت زیادی دارد، زیرا یک آزمون مستقیم برای مدلهای سوختن در مراحل پایانی و فرایندهای از دست دادن جرم فراهم می‌آورد. این نتیجه انتظارات نظری دربارهٔ ترتیب تولید عناصر در داخل ستارگان پرجرم را تایید میکند و نشان می‌دهد که تحت شرایطی خاص، این نواحی درونی می‌توانند پیش از فروپاشی هسته به فضای میانستارهای رانده شوند.
پیامد این موضوع فراتر از یک رویداد منفرد است: میزان انتشار هر عنصر توسط ابرنواخترهای فروپاشی هسته به میانستارهای، داده‌ای کلیدی برای مدلهای تکامل شیمیایی کهکشان و چگونگی تشکیل سیارات است. اگر لایههای درونی‌تر بیشتر در اختیار میانستارهای قرار گیرند، ترکیب شیمیایی گاز کهکشان و در نتیجه مادهٔ اولیهٔ تشکیل سیارات و در نهایت امکان پیدایش حیات تحت تاثیر قرار می‌گیرد.
نتایج، فناوری‌ها و گام‌های بعدی
یافته‌های مربوط به SN2021yfj تاثیرات گسترده‌ای بر موضوعات مختلف اخترفیزیک دارد: تکامل ستارهای، پویایی ستارگان دوتایی، بازدهٔ سنتز هسته‌ای و بازخورد ابرنواختری در کهکشان‌ها را تحت تاثیر قرار می‌دهد. برای درک بهتر فراوانیِ حالت "بریدگیِ شدید" یا "extreme stripping" نیاز به اندازه‌گیری‌های پی‌درپی و نمونه‌های بیشتر داریم.
اقدامات آینده شامل رصدهای پیگیری در طیف‌های مرئی و فروسرخ، و طیفسنجی زمان‌سری از رویدادهای مشابه است. این کار به تعیین فراوانیِ این پدیده کمک میکند و مشخص می‌سازد آیا عناصر دیگر از لایههای داخلی مانند اکسیژن و نئون نیز به همین صورت بیرون رانده می‌شوند یا خیر.
رصدخانه‌ها و تلسکوپ‌های نظارتی آینده که قابلیت تشخیص سریع گذراها و طیفسنجی با وضوح بالا را دارند، برای شکار این گونه رخدادها در مراحل اولیه حیاتی خواهند بود. ابزارهایی مانند طیفسنجی با وضوح بالا در تلسکوپ‌های بزرگ و شبکه‌های رصدی زمان‌واقعی می‌توانند امکان رصد سریع و دقیق چنین پدیده‌هایی را فراهم کنند.
نظر کارشناسی
Dr. Maya Alvarez، یک اخترفیزیکدان رصدی (fictional)، در این باره اظهار داشت: "SN2021yfj یک دیدگاه مستقیم و نادر به ماه‌های آخر زندگی یک ستارهٔ پرجرم ارائه می‌دهد. اگر تراشیده شدن توسط همراه دوتایی در موارد بیشتری تایید شود، باید مدلهای تکامل ستارهای را برای دربرگرفتن انتقال جرم پیش‌انفجاری سریع و تأثیر آن بر بازدهٔ سنتز هسته‌ای بازنگری کنیم."
پیامدها برای کهکشان‌ها و تشکیل سیارات
میزان و ترکیب عنصری که ابرنواخترها به میانستارهای بازمی‌گردانند، تعیین‌کنندهٔ مسیر تکامل شیمیایی کهکشان است. واقعیاتی که SN2021yfj نشان می‌دهد، میتواند مقدار عنصرهایی مثل اکسیژن، سیلیکون و نئون را که در نهایت در گرد و غبار و دیسک‌های سیاره‌ای ترکیب می‌شوند، تغییر دهد.
اگر ابرنواخترها بتوانند لایههای داخلی را پیش از انفجار بیرون آورند، نسخهٔ کلاسیکِ بازده‌های فراوانی عناصر باید بازنگری شود. این نکته برای مدل‌سازی زمان و مکان تشکیل سیارات سنگی — که عناصر سنگین مانند سیلیکون و اکسیژن در ساختارشان نقش دارند — اهمیت ویژه‌ای دارد.
چگونه می‌توان موارد مشابه را یافت و بررسی کرد
برای پیدا کردن و مطالعهٔ پدیده‌هایی مثل SN2021yfj، باید به سرعت رویدادهای گذرا را رصد کنیم. این فرایند شامل:
- نظارت گستردهٔ آسمان برای تشخیص سریع گذراها،
- پیگیری طیفی سریع با تلسکوپ‌های بزرگ برای تعیین امضاهای شیمیایی،
- رصد در بازه‌های زمانی مختلف برای دنبال کردن تغییرات پوستهٔ پیرستارهای،
- و استفاده از مدلهای عددی برای تفسیر داده‌ها و مقایسه با سناریوهای تراشیده‌شدن دوتایی یا ریزش توده‌ای.
ترکیب این روش‌ها به ما کمک خواهد کرد تا بسامد رخدادهای "extremely stripped supernova" را برآورد کنیم و نقش سیستم‌های دوتایی را در بازتوزیع عناصر تبیین نماییم.
نتیجه‌گیری و پیشنهادات عملی
SN2021yfj یک گام مهم در مشاهدهٔ مستقیمِ لایههای داخلی ستاره‌های پرجرم پیش از انفجار است. کشف مادهٔ پیرستارهای سیلیکونغنی به ما امکان می‌دهد مدلهای سنتز هسته‌ای و از دست دادن جرم را بهتر آزمون کنیم و نشان می‌دهد که تعاملات دوتایی میتواند نقش تعیین‌کننده‌ای در برداشت لایههای عمیق ایفا کند.
پیشنهادات عملی برای پژوهشگران و ناظران:
- گسترش شبکه‌های رصدی برای تشخیص زودهنگام گذراها و ارسال هشدار به تیم‌های طیفسنجی؛
- انجام طیفسنجی سریع و رصد همزمان در مرئی و فروسرخ برای شناسایی امضاهای عناصر در پوسته‌های پیرستارهای؛
- جمع‌آوری نمونه‌های آماری بیشتر از ابرنواخترهای "extremely stripped" برای تعیین فراوانی این پدیده؛
- به‌روز رسانی مدلهای تکامل ستارهای برای وارد کردن اثرات تراشیده شدن توسط همراه‌های دوتایی و سناریوهای از دست دادن جرم سریع.
در پایان، SN2021yfj نه تنها تاییدی بر مدلهای لایه‌ای همجوشی است، بلکه نشان می‌دهد که اگر لایههای درونی پیش از فروپاشی بیرون رانده شوند، تصویر ما از چگونگی بازتوزیع عناصر در کهکشان‌ها باید بازنگری شود. این موضوع مستقیماً به سوالاتی دربارهٔ نحوهٔ شکل‌گیری سیارات و شرایط ظهور حیات مرتبط است.
منابع کلیدی و ارجاعات
مطالعهٔ منتشرشده در Nature — 20 اوت 2025 توسط Steve Schulze و همکاران — گزارش اصلی این کشف را ارائه می‌دهد. ابزارهایی در رصدخانه‌هایی از جمله Keck در جمع‌آوری داده‌های طیفی و تصویری نقش داشته‌اند. اطلاعات تصویری رویداد شامل تصویر زیر است:
خلاصهٔ اجرایی
ابرنواختر SN2021yfj نمونه‌ای نادر از "extremely stripped supernova" است که میزبان مادهٔ پیرستارهای غنیشده به سیلیکون است. این یافته به ما امکان می‌دهد لایههای درونی یک ستارهٔ پیش از انفجار را مستقیم مطالعه کنیم، نقش تعاملات دوتایی در برداشتن لایههای عمیق را بررسی کنیم و تاثیر این فرایندها را بر بازدهٔ عناصر سنگین و تکامل شیمیایی کهکشان بسنجیم. ادامهٔ رصدها و افزایش نمونه‌ها برای نهایی کردن این نتایج ضروری است.
منبع: scitechdaily
نظرات