رصد نخستین ستاره دوقلو با مرگ ترقه‌ای!

اگرچه ستارگان کلان‌جرم معمولاً با انفجارهای تماشایی می‌میرند، اما تعداد انگشت شماری از آنها مانند ترقه‌ها و فشفشه‌ها به عمر خود پایان می‌دهند.

اکنون ستاره‌شناسان بقایای یکی از این ترقه‌ها را در یک ستاره نوترونی موسوم به SGR ۰۷۵۵-۲۹۳۳ در فاصله ۱۱ هزار و ۴۰۰ سال نوری از زمین در صورت فلکی کَشتی‌دمُ(Puppis) جنوبی شناسایی کرده‌اند.

در پژوهش‌های جدید، دانشمندان می‌گویند که این ستاره در اوایل زندگی خود مقادیر غیرعادی زیادی از جرم را به همراه خود منتقل کرده، به طوری که مواد کافی برای مرگ انفجاری در آن باقی نمانده است. در عوض، به یک ابرنواختر ضعیف ختم شده که یک رویداد کیهانی نادر است که باقیمانده‌ای بسیار متراکم به نام ستاره نوترونی را در پی خود به جای می‌گذارد.

آندره نیکلاس چن، ستاره شناس مرکز تحقیقاتی NOIRLab بنیاد ملی علوم و یکی از نویسندگان این مطالعه جدید در بیانیه‌ای گفت: این سامانه دوتایی قابل توجه اساساً یک سامانه‌ی یک در ۱۰ میلیاردی است.

ستاره نوترونی و همراه نزدیک به آن که ستاره‌ای است که پژوهشگران همچنین پیش‌بینی می‌کنند که روزی فروپاشیده و به یک ستاره نوترونی تبدیل شود، اولین نمونه واضح از یک سامانه ستاره‌ای را نشان می‌دهند که در نهایت موجب ایجاد یک گران‌نواختر یا کیلونوا می‌شوند که یک انفجار کیهانی است که طی آن دو ستاره نوترونی ادغام می‌شوند.

گران‌نواختر(Kilonova) یا ابرنواختر فرآیندِ R یا کیلونوا یک رویداد ستاره‌شناسی گذرا است که در سامانه‌های دوتایی فشرده رخ می‌دهد و در آن یک ستاره نوترونی با یک سیاه‌چاله یا یک ستاره نوترونی دیگر ممتزج می‌شود. در انفجار گران‌نواختر، پرتوهای کوتاه گاما و تابش‌های الکترومغناطیسی قوی که به سبب واپاشی هسته‌ای هسته‌های سنگینِ فرآیند R تولید شده‌اند، مشاهده می‌شود که به‌طور همسان‌گرد پس از فرآیند برخورد ساطع می‌شوند.

اصطلاح گران‌نواختر در سال ۲۰۱۰ برای توصیف اوج درخشندگی به اندازه حدود ۱۰۰۰ برابر یک نواختر ارائه شد. در اکتبر ۲۰۱۸، ستاره شناسان گزارش دادند که GRB ۱۵۰۱۰۱B (یک رویداد انفجار پرتوی گاما که در سال ۲۰۱۵ کشف شده‌است) ممکن است قرین تاریخی GW۱۷۰۸۱۷(یک رویداد موج گرانشی که در سال ۲۰۱۷ شناسایی شده‌ است) باشد که با ادغام دو ستاره نوترونی مرتبط است. شباهت‌های بین این دو رویداد، از نظر اشعه گاما، انتشار نوری و اشعه ایکس و همچنین ماهیت کهکشان‌های میزبان مرتبط، قابل توجه در نظر گرفته می‌شود و این شباهت قابل توجه نشان می‌دهد که دو رویداد جداگانه و مستقل ممکن است هر دو نتیجه ادغام ستاره‌های نوترونی باشند.

اگرچه یک کیلونوا برای اولین بار در سال ۲۰۱۷ کشف شد، اما ستاره شناسان به لطف رصد نور و امواج گرانشی، تنها پیامدهای این رویداد را ثبت کردند. اکنون در این تحقیقات جدید، این اولین باری است که دانشمندان یک سامانه ستاره‌ای دوتایی را شناسایی کرده‌اند که می‌دانند به انفجار کیلونووا ختم می‌شود.

علاوه بر این، ستاره شناسان قبلاً فکر می‌کردند که تنها یک یا دو چنین سامانه‌ای در کهکشان‌های مارپیچی مانند کهکشان راه شیری خودمان وجود دارد. اکنون محققان این مطالعه جدید، این تخمین را به ۱۰ سامانه افزایش داده‌اند و خاطرنشان کردند که این مشاهدات به آنها کمک می‌کند تا تاریخ، تکامل و مرگ‌های غیرعادی آرام ستارگان در چنین سامانه‌ای را بهتر درک کنند.

چن می‌گوید: مدتی است که اخترشناسان در مورد شرایط دقیقی که در نهایت می‌تواند به یک کیلونوا منجر شود، گمانه‌زنی می‌کنند. این نتایج جدید نشان می‌دهد که حداقل در برخی موارد، دو ستاره نوترونی خواهر و برادر، زمانی که یکی از آنها بدون انفجار ابرنواختر کلاسیک ایجاد شد، می‌توانند با هم ادغام شوند.

این ستاره رصد شده، کلان‌جرم است و هر ۶۰ روز یک بار به دور ستاره نوترونی همراه خود می‌چرخد و CPD-۲۹ ۲۱۷۶ نام دارد. دانشمندانی که در جدیدترین تحقیقات شرکت داشته‌اند، این ستاره خواهر و برادر را برای درک شکل‌گیری سامانه‌های ستاره‌ای به عنوان آنچه ممکن است در آینده آشکار شود، مورد مطالعه قرار دادند.

این فقط یک سامانه دوگانه ساده نیست

یک سامانه یا منظومه دوگانه(Binary system) منظومه‌ای متشکل از دو جرم آسمانی است که به اندازه‌ای به یکدیگر نزدیک هستند که برهمکنش گرانشی آن‌ها باعث می‌شود که پیرامون یک گرانیگاه مشترک بگردند. در تعریف دقیق‌تر، منظومه دوگانه‌ی این گرانیگاه باید بیرون از هر دو جرم قرار داشته باشد تا در قالب منظومه سیاره-قمر یا منظومه سیاره‌ای دسته‌بندی نشود.

معمول‌ترین حالت‌های منظومه‌های دوگانه شامل ستاره‌های دوگانه و سیارک‌های دوگانه می‌شود، اما سیاره‌ها، سیاهچاله‌ها، ستاره‌های نوترونی، کوتوله‌های قهوه‌ای، سیاهچاله‌ها و کهکشان‌ها نیز می‌توانند منظومه‌های دوگانه ایجاد کنند.

ستاره دوگانه نیز یک سامانه ستاره‌ای است که در آن دو ستاره به دور مرکز سنگین سراسری مشترک میان خود گردش می‌کنند. سامانه‌های دارای بیش از دو ستاره را سامانه‌های چند ستاره‌ای می‌نامند. به ستاره دیگر، ستاره ندیم یا ستاره همدم یا همراه نیز گفته می‌شود.

بررسی‌های جدید نشان می‌دهند که درصد زیادی از ستارگان بخشی از یک سامانه حداقل دو ستاره‌ای هستند. ستارگان دوتایی در اخترفیزیک بسیار مهم هستند، زیرا ویژگی‌های مدار آنها جرم و چگالی آن ستارگان را برای اخترشناسان مشخص می‌کند. جرم بسیاری از ستارگان تکی نیز از روی برون‌یابی جرم ستارگان دوتایی بدست می‌آید.

ستاره‌های دوتایی گاهی می‌توانند بین یکدیگر جرم تبادل کنند و تکامل یابند.

کلاریسا پاوائو، دانشجوی مقطع کارشناسی در دانشگاه Embry-Riddle در آریزونا این سامانه را در حین بررسی داده‌های ضبط شده توسط رصدخانه Cerro Tololo در شیلی پیدا کرد.

به گفته اخترشناسان، این یک یافته کلیدی بود که به محققان کمک کرد به این نتیجه برسند که ستاره نوترونی اولیه به شکل انفجار ترقه‌ای به پایان راه خود رسیده است.

معمولاً وقتی یکی از ستارگان یک سامانه دوگانه از طریق هیدروژن خود می‌سوزد و به پایان مرحله توالی اصلی خود نزدیک می‌شود، شروع به انتقال جرم به ستاره همراه خود می‌کند و انفجارِ پایانی اغلب، ستارگان همراه را از سامانه‌ها خارج می‌کند و به مدارهای بسیار بیضی شکل می‌اندازد.

اما به نظر نمی‌رسید که در این سامانه جذاب چنین اتفاقی افتاده باشد. برای درک بهتر آنچه ممکن است در پایان عمر SGR ۰۷۵۵-۲۹۳۳ اتفاق بیفتد، اخترشناسان هزاران مدل را بررسی کردند که منظومه‌های ستاره‌ای دوگانه را شبیه آنچه که آنها مطالعه می‌کردند، توصیف کردند و فقط دو مورد را پیدا کردند که مطابقت داشتند.

این گروه سپس تاریخچه ستاره را ردیابی کردند و به این نتیجه رسیدند که در بیشتر موارد مانند هر ستاره کلان‌جرم دیگری که سوختش تمام می‌شود، رفتار می‌کند و در اواخر عمر خود شروع به انتقال جرم به همراه خود کرده و به یک ستاره کم‌جرم با هسته هلیومی تبدیل شده است.

نوئل ریچاردسون، سرپرست این مطالعه می‌گوید: با این حال، در این فرآیند، ستاره آن‌قدر جرم از دست داده که ابرنواخترِ پایان عمرش حتی انرژی کافی برای لگد زدن به مدار همراه خود را نداشته است.

بنابراین بر اساس این مطالعه، این ستاره‌ی در حال مرگ انرژی کافی برای بیرون راندن همراه خود را از سامانه نداشته و به همین دلیل است که این دو ستاره همچنان مدارهای فشرده و نزدیک به هم دارند.

این تحقیق جدید علاوه بر کسب اطلاعات بیشتر در مورد رویدادهای کیلونووا، به اخترشناسان کمک می‌کند تا منشاء برخی از سنگین‌ترین عناصر در جهان ما را بهتر درک کنند.

این ابرنواختر آرام تنها چند میلیون سال پیش رخ داده است و ستاره شناسان انتظار دارند که منظومه CPD-۲۹ ۲۱۷۶ حداقل یک میلیون سال دیگر به همین شکل باقی بماند. مدل‌های آنها نشان می‌دهد که دقیقاً مانند ستاره نوترونی اولیه، ستاره خواهر آن نیز ابرنواختر آرامی را تجربه خواهد کرد و در نهایت به یک ستاره نوترونی تبدیل می‌شود.

پژوهشگران پیش‌بینی می‌کنند که میلیون‌ها سال بعد این دو ستاره نوترونی در یک رقص کیهانی به آرامی به سمت یکدیگر حرکت می‌کنند و در نهایت در یک انفجار گران‌نواختر با هم برخورد می‌کنند.

ریچاردسون می‌گوید، چنین انفجارهایی به عنوان منبع مقادیر زیادی از عناصر سنگین مانند پلاتین، زنون، اورانیوم و طلا شناخته می‌شوند که به جهان پرتاب می‌شوند.

اخترشناسان مدت‌ها گمان می‌کردند که فلزات سنگین آزاد شده در چنین رویدادهایی در محیط بین‌ستاره‌ای معلق بودند تا زمانی که به سیارک‌ها تبدیل شدند و این سیارک‌ها سپس زمین را هنگام شکل‌گیری بمباران کردند و فلزات گرانبهایی را که امروز می‌بینیم را به زمین هدیه دادند.

رویداد گران‌نواختری که در سال ۲۰۱۷ مشاهده شد، به تنهایی حداقل ۱۰۰ برابر فلزات سنگین گرانبهایی را که در زمین موجود است را پدید آورد، بنابراین به نظر می‌رسد که یک ابرنواختر شکست خورده در نهایت یک ضرر برای جهان محسوب نمی‌شود.

این تحقیق به تازگی در مجله نیچر(Nature) منتشر شده است.