9 دقیقه
برای دههها ستارهشناسان چهره متغیر بتلژوز را رصد کردهاند: یک فوقغول سرخ که درخشندگی و ویژگیهای سطحیاش با گذر زمان تغییر میکند. توجه عمومی و علمی در سال 2020 به اوج رسید، زمانی که این ستاره بهطور چشمگیری کمنور شد و بسیاری از پژوهشگران را بر آن داشت تا مکانیزمهای درونی و بیرونی مؤثر بر نوسانهای آن را بازبینی کنند. اکنون مشاهدات تازه نشانی عینی از وجود یک عامل دیگر ارائه میدهند: یک همدم فشرده که درون اتمسفر گستردهٔ بتلژوز سدی پدید آورده و یک رد پسماند (wake) را حکاکی میکند.
این کشف تازه نه تنها پرسشهای قدیمی دربارهٔ منبع نوسانهای طولانیمدت بتلژوز را هدف میگیرد، بلکه سرنخهایی دربارهٔ تعاملهای دوتایی، فرایندهای از دست دادن جرم و سازوکارهای انتقال تکانه زاویهای در ستارگان غولپیکر فراهم میآورد. مشاهدهٔ مستقیم نشانهای از آثار همدم، گامی مهم در تبدیل فرضیههای نظری به شواهد تجربی محسوب میشود، و میتواند تأثیر بسزایی بر درک ما از پیشنمایش ابرنواختریِ ستارگان پرجرم داشته باشد.
ضربان دوگانه: نوسانات تپشی و چرخهٔ بلندمدت
نوسانهای بتلژوز دو ریتم مشخص دارند که به خوبی در رصدهای طولانیمدت تثبیت شدهاند. نخستین ریتم یک نوسان تپشی حدوداً 400 روزه است که به ارتعاشات داخلی ستاره مرتبط است — مانند دم و بازدم یک غول گازی. این نوسانهای تپشی نتیجهٔ ترکیبی از سازوکارهای فشردهسازی و آزادسازی فشار در لایههای نزدیک به ناحیهٔ جوّیِ پایدار ستاره است و در مشاهدات فوتومتری و طیفسنجی بهصورت تغییرات دورهایِ روشنایی و خطوط طیفی دیده میشود.
بر فراز این نوسان تپشی، یک چرخهٔ بسیار کندتر و کمابیش منظم با دورهٔ حدود 2,100 روز (چندین سال) دیده میشود که برای پژوهشگران سؤالبرانگیز بوده است. توضیحات پیشنهادی برای این چرخهٔ بلندمدت گسترهٔ وسیعی را دربر میگیرد: از سلولهای همرفت بسیار بزرگ در پوستهٔ خارجی فوقغول سرخ و تودههای گرد و غبار اپیزودیک تا فعالیت مغناطیسی و حضور یک همدم ناپیدا. هر یک از این گزینهها پیامدهای متفاوتی برای ساختار اتمسفر، نرخِ ریزش جرم (mass loss) و الگوهای تابش ستاره دارد، بنابراین تمایز بین آنها نیازمند دادههای چندطیفی و مدلسازی عددی دقیق است.
مشاهدات ابزارهای پیشرفته مانند تداخلسنجی اپتیکی، تصویربرداری تفکیکشده و طیفسنجی با تفکیک بالا کمک کردهاند تا ابعاد و زمانبندی این نوسانات دقیقتر تعیین شوند. همچنین تحلیل نورسنجی بلندمدت و نقشهبرداری از توزیع دمای سطح و سرعتهای شعاعی به تفکیک فضایی، اطلاعاتی دربارهٔ شدتِ همرفت، تشکیل و توزیع گرد و غبار و امکان وجود یک میدان مغناطیسی بزرگمقیاس فراهم آوردهاند. در این میان، فرض حضور یک همدم ستارهای یا سیارهمانند بهتدریج جذابیت بیشتری پیدا کرده است، زیرا تعامل دوتایی میتواند بهطور طبیعی چرخههای بلندمدت و آشفتگیهای ناگهانی را توضیح دهد.
از نظریه تا شواهد مستقیم: کشف رد پسماند
تصاویر با وضوح بالا و اندازهگیریهای طیفیِ جدید آنچه پژوهشگران آن را اولین علامت روشن و مستقیم تعامل توصیف میکنند، آشکار ساختهاند: یک رد پسماند (wake) که درون اتمسفر گستردهٔ بتلژوز ترسیم شده و سازگار با حرکت یک همدم کمجرم است که از لایههای بیرونی ستاره عبور میکند. این رد بهنوعی مانند ردِ پشت یک قایق در آب رفتار میکند: ماده را جدا میکند، جریان گازی را برهم میزند و ساختارهای چرخشی و شکافهایی در اتمسفر ایجاد میکند.
از منظر فیزیکی، پدیدههایی مانند جذب و شتابگیری گاز توسط جسمی در حرکت نسبت به محیط پیرامون، بهطور کلی با سازوکارهایی شبیه به آکسیون باندی-هاویل-لیتلوُن (Bondi–Hoyle–Lyttleton accretion) توضیح داده میشوند؛ جایی که همدم میتواند جریان گازی را مهار کرده و مسیرهای بازپسزنی و شوک ایجاد کند. در مورد بتلژوز، رد پسماند مشاهدهشده با الگوهای عددی و شبیهسازیهای هیدرودینامیکِ پیشبینیشده برای همدمهای کمجرم که درون پوششِ بیرونیِ فوقغول حرکت میکنند، سازگاری دارد.
این ساختارِ مشاهدهشده از جهت روششناختی اهمیت بالایی دارد، زیرا برخلاف پیشنهادهای قبلی که بر پایهٔ سیگنالهای غیرمستقیم، تغییرات فوتومتریک یا مدلهای نظری بودند، این بار یک ساختار فضایی مشخص دیده شده است که کاملاً نشان میدهد یک همدم بهطور فعال در شکلدهی پوششِ ستاره نقش دارد. چنین شواهد مستقیمی به پژوهشگران این امکان را میدهد تا پارامترهای مدلی مانند جرم همدم، سرعت مداری، عمق نفوذ در اتمسفر و نرخِ تراکمِ مادهٔ جداشده را محدود کنند.
چرا این موضوع برای تحول ستارهای و علم ابرنواختر مهم است
یافتن همدمی درون اتمسفر یک فوقغول سرخ میتواند چشمانداز ما را نسبت به فرآیندهای از دست دادن جرم، انتقال تکانه زاویهای و رفتار قبل از انفجار ابرنواختری تغییر دهد. زمانی که یک همدم در پوشش خارجی ستاره نفوذ میکند یا در لبههای آن گردش میکند، میتواند روندِ ریزش جرم را تشدید کند، ساختارهای نامتقارن ایجاد کند و توزیع مادهٔ پیرامون ستاره را بهطور چشمگیری تغییر دهد. این تغییرات در نهایت میتوانند هندسه و دینامیک انفجار ابرنواختری را تحت تأثیر قرار دهند و بر نورانیت، شکل منحنی نور (light curve) و ویژگیهای طیفیِ انفجار اثر بگذارند.
در مقیاس علمی، چنین تعاملهایی ممکن است توجیهکنندهٔ برخی از تفاوتهای مشاهدهشده در ابرنواخترهای ستارگان پرجرم باشند؛ از جمله دلیلِ ناهمسانیهای قطبیسازی شده، وجود حلقهها و شِلهای ناهمگن در محیط پیرامون ستارهٔ پیشانفجاری و وقوع رویدادهای فروپاشیِ لایهای که پیشتر به عنوان فورانهای پیشنمایشی تفسیر شدهاند. علاوه بر این، انتقال تکانه زاویهای از همدم به محیطِ پیرامون میتواند نرخ چرخشِ هسته را تا زمان فروپاشی هسته تغییر دهد و در نتیجه بر سازوکارهای تولید نوترینو و احتمالِ تشکیل یک سیاهچاله یا یک ستارهٔ نوترونی اثرگذار باشد.
شواهد مستقیم از یک رد پسماند در بتلژوز همچنین یک آزمایشگاه زنده برای مطالعهٔ فرایندهایی فراهم میآورد که ممکن است در بسیاری از ستارگان غولپیکر تکاملیافته رخ دهد. با سنجش دقیقِ الگوهای سرعتی، ترکیب شیمیایی گاز جداشده و توزیع فضایی ماده، پژوهشگران میتوانند برآوردهای پُرجزئیاتتری از نرخهای واقعی از دست دادن جرم، مکانیسمهای برافزایش جرمِ همدم و اثرات بلندمدتِ تعامل دوتایی بر مرگ یک ستاره ارائه دهند.
گامهای بعدی برای ستارهشناسان
از دید ناظر زمینی، همدم در حال حاضر پشت دیسک نوریِ بتلژوز پنهان است، اما گروههای رصدی برنامهریزی کردهاند که هنگامی که این همدم دوباره ظاهر میشود — که انتظار میرود حوالی سال 2027 باشد — مشاهدات تازهای آغاز کنند. کمپینهای پیگیری در چندین باند طول موج (طیفِ مرئی، فروسرخ و رادیویی) بهمنظور دنبالکردن تحول رد پسماند، آزمون مدلهای تعامل دوتایی و جستجوی نشانههای مشابه در سایر فوقغولهای سرخ برنامهریزی شدهاند.
رصد همزمان با ابزارهای مختلف مانند تلسکوپهای فضایی (هابِیل، جیمز وب)، آرایههای میلیمتری و زیرمیلیمتری (مانند ALMA)، و تداخلسنجهای پایهٔ طولانی در زمین (مثل VLTI) به محققان اجازه خواهد داد تا تصویر سهبعدیتری از ساختار اتمسفر و توزیع ماده بدست آورند. طیفسنجی با تفکیک بالا و طیفسنجی قطبیسنجی نیز به فهم بهترِ میدانهای سرعتی و میدانهای مغناطیسیِ دخیل کمک خواهد کرد. افزون بر این، شبیهسازیهای هیدرودینامیکی و انتشار پرتویِ ترکیبی میتواند با دادههای مشاهدهای مقایسه شود تا پارامترهای فیزیکیِ همدم و مسیرهای تکاملی ممکن محدودتر شوند.
اگر این سازوکار در منابع متعدد تأیید شود، میتواند به توضیح چرخههای بلندمدت و رخدادهای کاهش نور ناگهانی در سایر فوقغولهای سرخ کمک کند. بهعلاوه، شناخت بهترِ توزیع مادهٔ پیرامون ستارهها برای پیشبینی ویژگیهای ابرنواختریِ آتیِ آنها حیاتی است؛ چرا که حضور یک محیط پیرامونی متراکم و نامتقارن میتواند نور و طیفِ انفجار را در روزها و ماههای نخست پس از انفجار بهطرز چشمگیری تغییر دهد.
نقش ادامهدار هابل
تلسکوپ فضایی هابل دادههایی را فراهم کرد که در شناسایی رد پسماند نقش اساسی داشتند. هابل، به عنوان یک مأموریت بلندمدت مشترک ناسا و آژانس فضایی اروپا (ESA)، همچنان تصویربرداری و طیفسنجی با وضوح بالا ارائه میدهد که تلسکوپهای زمینی بهراحتی نمیتوانند بازتولید کنند؛ بهویژه در باندهای فرابنفش و مرئی که از خارج از اتمسفر قابل مشاهدهاند. مرکز پروازفضایی گادرد ناسا و مؤسسه علوم تلسکوپ فضایی (STScI) عملیات کلیدی مأموریت و برنامههای علمی را مدیریت میکنند و هابل را در خط مقدم اکتشافات تکاملِ ستارهای نگه میدارند.
هابِیل در ترکیب با ابزارهای جدیدی مانند تلسکوپ جیمز وب و آرایههای رادیویی پیشرفته میتواند دیدی چندوجهی از تعاملهای دوتایی فراهم کند: هابل اطلاعات زمانی و فضایی در محدودهٔ مرئی و فرابنفش ارائه میدهد، در حالی که جیمز وب میتواند جزئیات بیشتری دربارهٔ گرد و غبار و گاز گرمشده در فروسرخ فراهم آورد و ALMA نیز مولکولها و توزیع سردتر ماده را آشکار میسازد. چنین ترکیبی از دادههای چندطیفی برای درک کامل پدیدههای پیچیدهای که در بتلژوز مشاهده میشود ضروری است.
با فاششدن همدم پنهان بتلژوز، ستارهشناسان فرصت نادری برای مشاهدهٔ چگونگی تحول یک ستاره از طریق تعاملهای دوتایی در اختیار دارند؛ تحولی که ممکن است ستاره را به سوی بازی نهاییاش، یعنی یک ابرنواختر، هدایت کند. سالهای آتی رصد و مدلسازی دقیق میتواند بخشهایی از روایت تحول ستارههای پرجرم را بازنویسی کند و درک ما از چگونگی مرگ ستارگان عظیمالجثه را عمیقتر سازد.
منبع: scitechdaily
نظرات
اتو_ر
دید متوازن و علمی؛ ترکیب هابل و جیمز وب و ALMA عالیه. فقط ای کاش نتایج تمیزتر و زودتر منتشر بشه ;)
اسکایاسپین
خیلی شلوغش کردن، ولی دادهها امیدوارکنندهست. 2027 منتظرم ببینم همدم دوباره پیداش میشه یا نه؟
مکس_x
من تو مدلسازی ساده دیدم رد پسماند چه جوری شکل میگیره، اما اجرا تو واقعیت یه چیز دیگست، باید با ALMA و JW بزنن دنبال، صبر میکنم
رضا
معقول به نظر میاد، تعامل دوتایی میتونه چرخهٔ بلندمدت رو توضیح بده. البته باید مدلها و رصدهای بیشتری باشه
رودکس
وااای، بتلژوز همدم داره؟! اصلا انتظار نداشتم، این یعنی کلی سوال جدید واسه ابرنواخترها... هیجان زده و نگران همزمان
ارسال نظر