کشف راز ابرنواختر‌های فوق‌درخشان با ردیابی پرتو‌های گاما

به گزارش شهرآرانیوز؛ مشاهده پرتو‌های گاما از ابرنواخترها، راه جدیدی برای کشف ساز و کار درونی آنها به ما می‌دهد.

فضاپیمای پرتو گامای فرمی (Fermi) ناسا، یک انفجار ابرنواختری فوق‌العاده درخشان و فوق پرانرژی را مشاهده کرده است که توسط یک ستاره مرده بسیار مغناطیسی که نوعی ستاره نوترونی به نام مغنااختر (مگنتار- magnetar) است، تغذیه شده باشد.

این مغنااختر در واقع در خود ابرنواختر متولد شده و زمانی که هسته ستاره‌ای که بسیار بزرگتر از خورشید بوده، در پایان عمر خود دچار فروپاشی گرانشی شده، مجبور به وجود آمدن شده است.

در طول این ابرنواختر‌های فروپاشی هسته، هسته‌های ستاره‌ای با جرمی بین یک تا دو برابر جرم خورشید، تا شعاع حدود ۲۰ کیلومتر خرد می‌شوند تا یک ستاره نوترونی ایجاد کنند، درست همانطور که دانشمندان می‌گویند در اینجا مشاهده می‌کنند.

این فشرده‌سازی سریع نه تنها به این معنی است که ستاره‌های نوترونی از موادی چنان چگال ساخته شده‌اند که یک قاشق چای‌خوری از آن که به زمین آورده می‌شود، حدود ۱۰ میلیون تن وزن خواهد داشت، بلکه باعث می‌شود که آنها با سرعتی معادل ۷۰۰ دور در ثانیه بچرخند.

خطوط میدان مغناطیسی این ستاره‌های مرده نیز به هم فشرده می‌شوند و قدرت میدان‌های مغناطیسی ستاره‌های نوترونی را تشدید می‌کنند که مغنااختر‌ها را به قدرتمندترین اجرام مغناطیسی در جهان شناخته شده تبدیل می‌کند.

فابیو آسرو (Fabio Acero)، رهبر این تیم تحقیقاتی از دانشگاه پاریس-ساکلی (Paris-Saclay)، در بیانیه‌ای گفت: ستاره‌شناسان نزدیک به ۲۰ سال، داده‌های «فرمی» را برای سیگنال‌های پرتو گاما از هزاران ابرنواختر جست‌و‌جو کرده‌اند و اگرچه چند نکته جذاب گزارش شده است، اما تاکنون هیچ‌کدام قطعی نبوده‌اند.

یک ابرنواختر فوق درخشان

ستاره‌شناسان در طول چند دهه گذشته، حدود ۴۰۰ ابرنواختر فروپاشی هسته را مشاهده کرده‌اند که بسته به جرم اولیه ستاره در حال مرگ، می‌توانند باعث تولد یک سیاه‌چاله نیز شوند. برخی از این انفجار‌های ستاره‌ای به عنوان «فوق‌العاده درخشان» توصیف می‌شوند، زیرا بیش از ۱۰ برابر نور مرئی بیشتری نسبت به سایر ابرنواختر‌های فروپاشی هسته‌ای تولید می‌کنند.

دانشمندان در سال ۲۰۲۴ فاش کردند که با موفقیت از تلسکوپ «فرمی» برای شناسایی پرتو‌های گاما که پرانرژی‌ترین شکل نور هستند و از یک ابرنواختر فوق درخشان با نام «SN ۲۰۱۷egm» ساطع می‌شوند، استفاده کرده‌اند.

این ابرنواختر در فاصله حدود ۴۴۰ میلیون سال نوری در کهکشان NGC ۳۱۹۱ فوران کرد. اگرچه این فاصله آنقدر زیاد است که پرتو‌های گامای حاصل از این رویداد ۴۴۰ میلیون سال طول کشید تا به زمین و «فرمی» برسند، اما هنوز هم یکی از نزدیکترین ابرنواختر‌های فروپاشی هسته‌ای به زمین است که تاکنون دیده شده است.

در ادامه حتما بخوانید طولانی‌ترین ویدئوی تاریخ از ابرنواختر کپلر منتشر شد + ویدئو

گیلم مارتی-دوسا (Guillem Martí-Devesa)، از موسسه علوم فضایی در بارسلونای اسپانیا می‌گوید: ما به دنبال پرتو‌های گاما از شش ابرنواختر فوق‌العاده نزدیک که در طول ۱۶ سال اول ماموریت «فرمی» دیده شده‌اند، بودیم و تنها «SN ۲۰۱۷egm» شواهدی از پرتو‌های گاما را نشان می‌دهد که تایید کننده نشانه‌های قبلی مبنی بر این است که برخی از ابرنواختر‌ها می‌توانند در پرتو‌های گاما به اندازه نور مرئی درخشان باشند. این موضوع دریچه‌ی جدیدی را برای مطالعه‌ی این رویداد‌های جذاب می‌گشاید.

دانشمندان مشتاقند کشف کنند که چه چیزی در مورد ابرنواختر‌های فوق درخشان وجود دارد که به آنها اجازه می‌دهد چنین قدرت زیادی داشته باشند. یک نظریه می‌گوید که این انرژی اضافی از این واقعیت ناشی می‌شود که این رویداد‌ها یک مغنااختر با میدان‌های مغناطیسی ۱۰۰۰ برابر قوی‌تر از ستاره‌های نوترونی معمولی ایجاد می‌کنند.

این تیم تابش نوری و پرتو گامای ساطع شده توسط «SN ۲۰۱۷egm» را مشاهده کرد و این داده‌ها را با مدل‌های نظری جریان نور و ذرات از یک مغنااختر تازه متولد شده مقایسه کرد. این مدل‌ها به طور خاص نحوه تعامل ذرات مذکور با پوسته در حال گسترش موادی که توسط ستاره پیش‌ساز در حال مرگ ابرنواختر از بین رفته است را بازتولید کردند.

نکته ویژه اینکه ابری از الکترون‌ها و پوزیترون‌ها علاوه بر ذرات همتای ضدماده آنها بود. دانشمندان معتقدند که این ذرات توسط مغنااختر تازه متولد شده که به سرعت در حال چرخش است، به بیرون پرتاب شده‌اند و این ابر را «سحابی باد مغنااختر» (magnetar wind nebula) می‌نامند.

اعتقاد بر این است که «سحابی باد مغنااختر» تولید و جذب پرتو‌های گاما را افزایش می‌دهد. یکی از فرآیند‌هایی که به آن اجازه می‌دهد این کار را انجام دهد، نابودی ذرات و آزادسازی انرژی به عنوان پرتو‌های گاما است که هنگام برخورد یک ذره ماده و همتای پادماده آن رخ می‌دهد. این پرتو‌های گاما به پوسته بیرونی بقایای ابرنواختر برخورد می‌کنند و به نوری کم‌انرژی‌تر تبدیل می‌شوند و توضیح می‌دهند که چرا این ابرنواختر‌های فوق‌العاده درخشان در نور مرئی بسیار درخشان هستند.

آسرو گفت: حدود سه ماه پس از فروپاشی، با گسترش و خنک شدن بقایای ابرنواختر، پرتو‌های گاما می‌توانند شروع به نشت کنند. این مدل مغنااختر به بهترین شکل درخشندگی ابرنواختر و زمان رسیدن پرتو‌های گامای آن را در ماه‌های اول بازتولید می‌کند، اما ما در زمان‌های بعدی، زمانی که نور مرئی به طور کاملاً نامنظمی محو می‌شود، جایی برای بهبود می‌بینیم.

آسرو و همکارانش نظریه‌ای در مورد علت این محو شدن تدریجی دارند که نشان می‌دهد می‌تواند نتیجه بقایایی باشد که صد‌ها سال قبل از نابودی ابرنواختر، توسط ستاره نابود شده به بیرون پرتاب شده و دوباره روی مغنااختر افتاده است.

این تیم همچنین نیم نگاهی به آینده داشت و ارزیابی کرد که رصدخانه جدید پرتو گامای زمینی موسوم به «رصدخانه آرایه تلسکوپی چرنکوف» (Cerenkov) در شناسایی رویداد‌هایی مانند «SN ۲۰۱۷egm» چقدر کارآمد خواهد بود.

آنها دریافتند که این آرایه تلسکوپی واقع در رصدخانه پارانال و جزیره لا پالمای اسپانیا در ۵۰ ساعت رصد باید بتواند انفجار‌های کیهانی مشابهی را تا فاصله حدود ۵۰۰ میلیون سال نوری شناسایی کند. این امر می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا سرانجام این ابرنواختر‌های فوق قدرتمند را درک کنند.

جودی راکوسین (Judy Racusin)، عضو این تیم تحقیقاتی در مرکز پرواز فضایی گادرد ناسا در گرینبلت مریلند آمریکا گفت: مکانیسم موتور مرکزی مغنااختر که در این مقاله مورد بحث قرار گرفته است، بر اساس پیشرفت‌های شهودی و نظری زیادی در مغنااختر‌ها در ۲۰ سال گذشته بنا شده است. مشاهده پرتو‌های گاما از ابرنواخترها، راه جدیدی برای کشف سازوکار درونی آنها به ما می‌دهد.

این مطالعه در مجله Astronomy & Astrophysics منتشر شده است.

منبع: ایسنا

در ادامه حتما بخوانید دانشمندان، برای اولین‌بار در تاریخ، مراحل اولیه انفجار یک ابرنواختر را ثبت کردند