8 دقیقه
یک نجوا یا پچپچ ضعیف رادیویی از کهکشانی دوردست فصل کوچکی اما حیاتی از چگونگی مرگ ستارگانِ پرجرم را بازنویسی کرده است. برای نخستین بار، اخترشناسان تابش رادیویی پایداری را از یک ابرنواخترِ نوع Ibn کشف کردهاند — انفجاری نادر که از ستارهای پدید میآید که درست پیش از فروپاشی مقدار زیادی گاز غنی از هلیوم را رها کرده بود. این نشانۀ رادیویی مانند یک کپسول زمان رفتار میکند و ریزش جرمِ خشونتآمیز را در سالهای پیش از انفجار نمایان میسازد.
شنیدن جایی که نور قادر نیست
تلسکوپهای نوری آتشِ ابرنواختر را، تغییر رنگها و درخشندگی آن را نشان میدهند، اما همیشه قادر به آشکارسازی پوستههای متراکمِ مادهای نیستند که ستاره در دههها یا سالهای پیش از فروپاشی به محیط پیرامون خود میاندازد. تلسکوپهای رادیویی این شکاف را پر میکنند. وقتی موج شوکِ ابرنواختر با گاز پیرامونی (circumstellar medium یا CSM) برخورد میکند، الکترونها شتاب گرفته و تابش سنکروترون تولید میشود — امواج رادیویی که از میان فضا سفر کرده و به آنتنهای ما میرسند. آن امواج، ثبت و نشانی از چگالی، سرعت و زمانبندیِ موادی هستند که از ستاره گریخته بودند.
در این مطالعه، با استفاده از آرایهٔ بسیار بزرگ (Very Large Array یا VLA) بنیاد ملی علوم ایالات متحده در نیومکزیکو، پژوهشگران تابش رادیویی ضعیفی از یک رویداد نوع Ibn را برای حدود هجده ماه رصد کردند. مشاهدات نشان دادند گازی که مشاهده شد تنها چند سال پیش از انفجار از پیشساز (پروژنیتر) پرتاب شده بود — یک اپیزود فشرده و شدید ریزش جرم که مطالعات نوری بهتنهایی از آن عاجز بودند. به زبان ساده: ستاره آرامآرام به مرگ نزدیک نشده بود؛ در سالهای آخر حیاتش با خشونت جرم از دست داد، و انعکاس رادیویی ماجرای آن را بازگفت.
«رادیو به ما اجازه میدهد دهۀ آخرِ زندگیِ یک ستاره را بخوانیم»، پژوهشگر اصلی مقاله که یک دانشجوی تحصیلات تکمیلی بود و کار رصدی را رهبری کرد گفت. «ما توانستیم پنج سال آخر را بهعنوان یک فاز متمایز از ریزش جرمِ شدید ببینیم.» این جمله تغییر مهمی را در روشِ بازسازی رفتار پیشسازان نشان میدهد: نه با جستوجوی تصاویر آرشیوی خودِ ستاره که معمولاً بسیار کمنور است، بلکه با بررسی محیطی که آن ستاره درست پیش از انفجار خود پدید آورده بود.
تابش رادیویی، بهویژه در باندهای سانتیمتری، حساسیتی به شواهد کوتاهمدت و فشردهٔ مادهٔ پیرامونی دارد که در موجهای نوری خیلی زود ناپدید میشوند یا هرگز دیده نمیشوند. از سوی دیگر، امواج رادیویی میتوانند اطلاعاتی دربارهٔ میدانهای مغناطیسی، چگالی الکترونهای شتابگرفته، و سرعت موج شوک ارائه دهند؛ دادههایی که مدلسازیِ فیزیک انفجار و سنجشِ نرخِ ریزش جرم پیش از انفجار را ممکن میسازند. چنین اطلاعاتی برای درکِ منشاء ابرنواخترهای نوع Ibn و نقشِ محیط پیرامونی در شکلدهیِ طیف و نورسنجیِ آنها حیاتی است.
مشکل دوتایی و مکانیک ریزش جرم
یکی از قویترین استنباطها از دادههای رادیویی این است که ریزش جرمِ خشونتآمیز احتمالاً بهدلیل تعامل با یک همدم (رفیقِ ستارهای) رخ داده است. ستارگانِ تکِ پرجرم میتوانند از راهِ بادهای ستارهای یا فورانها جرم از دست بدهند، اما بزرگی و شتابِ ریزشی که در این مورد استنباط شد، قویاً نشاندهندۀ برهمکنشِ گرانشی میان دو ستاره است. زمانی که یک همدم نزدیک مواد را میتراشد یا باعث فورانهای ناپایدار میشود، ستارهٔ اولیه ممکن است در محاصرهٔ یک پوستهٔ فشرده و غنی از هلیوم باقی بماند — همان نوع محیطی که رویداد نوع Ibn را تولید میکند.
از منظر فیزیکی، چند مکانیزمِ دوتایی میتوانند چنین وضعیتی پدید آورند: جریانِ جرمی از طریق سرریزینگِ لوبِ روش (Roche-lobe overflow)، فروپاشیِ مشترکِ پوسته (common-envelope evolution)، یا برخوردهای گرانشیِ لحظهای که موجب فورانهای ناپایدار میشوند. هر یک از این فرآیندها میتوانند پوستهای متراکم و نزدیک به ستارهٔ اصلی ایجاد کنند که در برخوردِ موجِ شوکِ انفجار، سیگنالهای نوری، رادیویی و پرتو ایکسِ متمایزی تولید کند.
چرا این موضوع اهمیت دارد؟ زیرا ساختار و زمانبندیِ مادهٔ پیرامونی مستقیماً بر نمایهٔ ابرنواختر و سیگنالهای تشخیصی که در تمام طولموجها منتشر میکند تاثیر میگذارد. یک پوستهٔ متراکم و نزدیک دینامیکِ شوک را تغییر میدهد، خروجیِ رادیویی و پرتو ایکس را تقویت میکند و حتی میتواند منحنیهای نورِ نوری را دگرگون کند. به بیان دیگر، رفتارِ پیش از انفجارِ پیشساز دیگر یک یادداشت پاییـنِ حاشیهای نیست: این رفتار مستقیماً شکلِ قابلمشاهدهٔ انفجار، طبقهبندیِ آن و فهمِ ما از فیزیکِ بنیادیِ ابرنواختر را تعیین میکند.
فراتر از یک مطالعهٔ موردی منفرد، این کشف راهبردِ رصدیِ جدیدی را باز میکند: آرایههای رادیویی را سریعتر و بهصورت منظمتر پس از کشفِ ابرنواخترها نشانهگیری کنید، نوع Ibn و دیگر ابرنواخترهای غیرمعمول را ماهها تا سالها رصد کنید، و رصدهای رادیویی را با پیگیریِ نوری و پرتو ایکس ترکیب نمایید تا یک جدول زمانی چندطولی (multiwavelength timeline) از ریزش جرم و فیزیکِ انفجار بسازید. چنین رویکردی میتواند فراوانیِ اپیزودهای ریزش جرمِ لحظات آخر را در انواعِ مختلفِ پیشسازها اندازهگیری کند و نقشِ همدمیِ دوتایی را در مسیر تکاملِ ستارگان پرجرم روشنتر سازد.
دیدگاهِ کارشناسی
«این نوع از آشکارسازیِ رادیویی جدولهای زمانیای را که استفاده میکردیم تغییر میدهد»، دکتر النا سوآرز، اخترفیزیکدانِ رصدی که در این مطالعه شرکت نداشت، گفت. «قبلاً تصور میکردیم بیشترِ نشانههای حیاتیِ ریزش جرم باید در پیشنشانههای نوری یا تصاویر آرشیوی قابل مشاهده باشند. اکنون میبینیم که رادیو میتواند پوستههای بسیار نزدیک و اخیرِ ماده را آشکار کند — چیزهایی که سریعاً محو میشوند و در غیر این صورت نامرئیاند. این نتایج بر جمعیتشناسیِ ابرنواخترها و روی مدلهای تعاملِ دوتایی اثر میگذارد.»
از لحاظ فنی، این کشف به قابلیتِ VLA برای کاوشِ تابش در طولموجهای سانتیمتری با حساسیت و تکرارپذیری بالا متکی بود. با پایشِ چگونگیِ تحولِ درخشندگیِ رادیویی، تیم توانست پروفایلِ چگالیِ گازِ شوکخورده را استنباط کند و تخمین بزند که ماده چه زمانی جدا شده است. این تحلیلها معمولاً از مدلسازیِ تابش سنکروترون، جذبِ فریفری (free–free absorption) و تضعیفِ همدوسیِ موجی بهره میبرند و به پارامترهایی مانند نرخِ جرمریزی، سرعتِ بادِ پیشین، و میدانِ مغناطیسی محیطی حساسند.
تاسیسات آینده و کمپینهای رصدیِ هماهنگشده، مانند افزایشِ حساسیتِ نسلِ بعدیِ آرایههای رادیویی (ngVLA) و توانِ پردازشِ آرایههایی مثل SKA، چنین کشفهایی را عادیتر خواهند کرد و به اخترشناسان اجازه میدهند فراوانیِ اپیزودهای ریزشِ جرمِ دقیقهآخر را در میانِ انواعِ مختلفِ پیشسازها بسنجند. ترکیبِ دادههای رادیویی با طیفسنجیِ نوری، نقشهبرداریِ پرتو ایکس و تصویرنگاریِ مادونقرمز میتواند چارچوبِ جامعتری برای بازسازیِ تاریخچهٔ جرمیِ یک ستاره پیش از انفجار فراهم آورد.
فراتر از پیامدهای فوریٔ اخترفیزیکی، این پژوهش یادآورِ این نکته است که ستارگان همیشه آرام و ساکت نمیمیرند. برخی از آنها سالهای پایانیِ خود را در جنبوجوشِ خستگیناپذیری میگذرانند، هویت و جرم خود را در اعمالی دراماتیک میریزند که سرنوشتِ نهاییشان را بازنویسی میکند. آشکارسازیِ این اعمال نیازمندِ گوش دادن است — با گوشهای رادیویی که به سیگنالهایی گوش میدهند که تلسکوپهای نوریِ تنها از شنیدنشان عاجزند — و این کار باید زود انجام شود، قبل از آنکه پژواکها در پسزمینهٔ کیهانی محو شوند.
برای محققان و دانشجویانی که روی موضوعات مرتبط با ابرنواخترهای نوع Ibn، محیطهای پیرامونی ستارگانِ پرجرم، تعاملِ دوتایی و فیزیکِ موج شوک کار میکنند، این نتیجه چالشی جدید و الهامبخش فراهم میآورد: ترکیب و همزمانسازی رصدها در باندهای مختلف، توسعهٔ مدلهای پویا برای توصیفِ ریزشِ جرمِ سریع، و کاوشِ راهکارهای آماری برای تعیینِ فراوانیِ چنین پدیدههایی در کهکشانها با فلزیتها و محیطهای گوناگون. همهٔ اینها افزایشی در دانشِ ما دربارهٔ چگونگیِ مرگِ ستارگانِ بزرگ و چگونگی شکلگیریِ عناصرِ سنگین در عالم است.
منبع: scitechdaily
نظرات
کوینپی
نتیجه جذابه ولی یه کم اغراق داره بنظرم، باید نمونه و آمار بیشتر باشه تا بتونن فراوانی اپیزودها رو دقیق بگن. چشمانداز اما امیدوارکنندهست
آسمانگرد
تو پایاننامهم سر چیزی شبیه به این کار کردم، رادیو چیزایی نشون داد که نور هرگز ندید. حیف که زودتر شروع نکردیم :) کلی شب بیداری داشتیم
آرمین
این رو راستش میپرسم: نمیتونه یه منبع دیگه یا نویز باعث سیگنال شده باشه؟ مدلها حساسن، خطر برداشت عجولانه هست...
استروزت
رادیو واقعا پنجرهٔ جدیدی باز کرده. راهبرد خوبیه، ولی باید پایش منظمتر و با نمونههای بیشتر باشه، عجله نکنیم
رودایکس
وااای، یعنی ستارهها اینطوری هم میتونن بمیرن؟ کپسول زمان رادیویی چه تصویریه... هیجان زدهام، ولی دلم میخواد دادههای بیشتری ببینم
ارسال نظر