کشف تصادفی دانشمندان: کلاس جدیدی از انفجارهای ستاره‌ای، ۱۰۰ برابر قوی‌تر از خورشید

سوپرمن تنها موجودی نیست که دید اشعه ایکس دارد. بسیاری از ستارگان نیز در تابش انفجارگونه این طول موج پرانرژی نور مهارت دارند. اکنون، به لطف کشفی تصادفی، دانشمندان از منبع انفجار ستاره‌ای جدیدی در طول موج اشعه ایکس آگاه شده‌اند. نور این انفجارها شبیه هیچ انفجار کیهانی قبلی نبود. با «میلی‌نوا» آشنا شوید، اصطلاحی که بدون شک راه خود را به واژگان علاقه‌مندان به فضا باز خواهد کرد!

میلی‌نوا چیست؟

در پژوهش جدیدی، اخترشناسان ۲۸ مورد از پدیده میلی‌نوا (Millinovas) را در ابر ماژلانی بزرگ (LMC) و ابر ماژلانی کوچک (SMC)، ۲ کهکشان اقماریِ کهکشان راه شیری، شناسایی کردند.

آنها دریافتند احتمالاً اولین مورد از این انفجارها ۸ سال پیش رصد شده ولی تاکنون شناسایی‌ نشده بودند.

بااینکه دانشمندان هنوز دقیق نمی‌دانند این پدیده‌ها چگونه پرتوهای ایکس تولید می‌کنند، بر این باورند «میلی‌نوا» زمانی رخ می‌دهد که باقی‌مانده ستارگان مرده که با نام «کوتوله‌های سفید» شناخته می‌شوند، از یک ستاره همدمِ متورم تغذیه کند.

پروفسور «پِژِمِک مروز»، عضو تیم تحقیق و دانشمند «دانشگاه ورشو»، گفت: «ما این گروه جدید از ستارگان را اتفاقی پیدا کردیم. ما با گروهی از ستارگانِ متغیرِ (Variable Stars) فوران‌کننده مواجه شدیم که فوران‌های متقارنِ بسیار مشخصی به‌شکل مثلث داشتند و به هیچ‌یک از ستارگانِ متغیری که قبلاً شناخته شده بودند، شباهت نداشتند.»

ستاره‌ متغیر، به بیان ساده، ستاره‌ای است که روشنایی آن در بازه‌های زمانی مختلف تغییر می‌کند. ستاره زمانی متغیر در نظر گرفته می‌شود که قدر ظاهری (روشنایی) آن به هر نحوی از دید ما روی زمین تغییر کند.

این گروه داده‌های ۲۰ ساله «آزمایش لنزینگ گرانشی اپتیکی» (OGLE) برای یافتن «رویدادهای ریزهم‌گرایی گرانشی» طولانی‌مدت و منحنی‌کننده نور را بررسی می‌کرد که ممکن بود وجود سیاه‌چاله‌های به‌جامانده از مه‌بانگ را نشان دهد. این سیاه‌چاله‌ها به‌اصطلاح «سیاه‌چاله‌های اولیه» نامیده می‌شوند که ممکن بود در هاله ماده تاریک که کهکشان راه شیری را احاطه کرده است، یافت شود.

مروز گفت: «طی ماه‌های گذشته، روی پروژه‌ای کار می‌کردم که هدف آن جستجوی نشانه‌های سیاه‌چاله‌های اولیه عظیم در هاله ماده تاریکِ راه شیری بود. ما هیچ‌کدام را پیدا نکردیم و این نشان می‌دهد چنین سیاه‌چاله‌های عظیمی ممکن است کمتر از چند درصد از ماده تاریک را تشکیل دهند.»

معمولاً، این موضوع ممکن است تیم را ناامید کند اما این نتیجه به کشف این منابع عجیب پرتو ایکس ستاره‌ای انجامید که اکنون با نام میلی‌نوا «millinovas» (یا صحیح‌تر از آن «millinovae») شناخته می‌شوند و می‌توانیم در فارسی به آن میلی‌نواختر نیز بگوییم.

میلی‌نوا، داغ‌تر و نورانی‌تر از خورشید!

داده‌های OGLE چندین شیء در ابر ماژلانی بزرگ و کوچک را نشان داد که طی چند ماه بین ۱۰ تا ۲۰ برابر روشن‌تر شدند. برخی حتی فوران‌های انفجاری مکرری به‌ فاصله زمانی هرچند سال یک بار نشان دادند، درحالی‌که برخی دیگر فقط یک‌ بار طی مشاهدات منفجر شدند.

به‌طور خاص، یکی از آنها با نام «OGLE-mNOVA-11» که پایان سال گذشته میلادی فوران کرد، به این تیم اجازه داد مطالعه دقیقی روی این اشیا انجام دهد.

مروز گفت: «نوامبر ۲۰۲۳، یکی از این اشیا وارد فاز فوران شد؛ بنابراین تصمیم گرفتیم مشاهدات تکمیلی بیشتری برای مطالعه دقیق‌تر آن انجام دهیم. مجموعه‌ای از طیف‌های نوری را با تلسکوپ SALT به دست آوردیم و توانستیم خطوط نشری از اتم‌های یونیزه‌شده هلیوم، کربن و نیتروژن را پیدا کنیم که نشان‌دهنده دماهای خیلی بالا بود.»

مروز افزود: «محققان این شیء را با رصدخانه Neil Gehrels Swift Observatory ناسا نیز مشاهده کردند که پرتوهای ایکس ساطع‌شده از منبع را شناسایی کرد. این تیم نظریه‌‌اش این بود که این پرتوهای ایکس را گازی تولید کرده که تا دمای بیش از ۶۰۰ هزار درجه سانتی‌گراد گرم شده است.»

این دما حدود سه‌برابر داغ‌تر از داغ‌ترین ستاره شناخته‌شده جهان، «WR 102»، و ۱۰۰ برابر داغ‌تر از دمای سطح خورشید است. اگر OGLE-mNOVA-11 در منظومه شمسی ما رخ می‌داد، از دید ما ۱۰۰ برابر درخشان‌تر از خورشید می‌بود.

چیزی که این ۲۸ رویداد به آن شباهت داشتند، انفجار کیهانی عجیب و تا امروز بی‌نظیر به نام «ASASSN-16oh» بود که سال ۲۰۱۶ «رصد اتوماتیک تمام آسمان برای ابرنواخترها» آن را شناسایی کرد و اکنون تیم فکر می‌کند یک میلی‌نوا بوده است.

مروز گفت: «معتقدیم OGLE-mNOVA-11 ،ASASSN-16oh و ۲۷ شیء دیگر، دسته جدیدی از منابع گذرای پرتو ایکس را تشکیل می‌دهند. ما آنها را میلی‌نواختر (millinovae) نامیده‌ایم؛ زیرا اوج درخشش آنها تقریباً هزار برابر کمتر از نواخترهای کلاسیک است.»

پس میلی‌نواختران دقیقاً چه هستند، چگونه ایجاد می‌شوند و چه چیزی آنها را از بقیه متمایز می‌کند؟

نوع متفاوتی از ستاره مرده درحال‌انفجار

باوجود تفاوت نواخترهای کلاسیک و نواخترهای کوتوله، به نظر می‌رسد کوتوله‌های سفید پشت راز میلی‌نواها قرار دارند.

این بقایای ستاره‌ای (کوتوله‌های سفید) زمانی ایجاد می‌شوند که ستارگانی با جرمی مشابه جرم خورشید، سوخت خود را برای همجوشی هسته‌ای، فرایندی که هیدروژن را در هسته‌هایشان به هلیوم تبدیل می‌کند، تمام می‌کنند. با ادامه‌ همجوشی هسته‌ای در لایه‌های بیرونی ستاره، آن ستاره به‌شکل «زیرغول» یا «غول سرخ» متورم می‌شود.

برخلاف ستارگان پرجرم‌تر که گرانش عظیم آنها منجر به ایجاد «ستارگان نوترونی» یا «سیاه‌چاله‌ها» پس از مرگشان می‌شود، ستارگانی مانند خورشید زندگی خود را در جایگاه کوتوله‌های سفیدِ نیمه‌جان به پایان می‌رسانند؛ اجسامی بسیار چگال اما نه در سطح ستارگان نوترونی یا سیاه‌چاله‌ها.

درحالی‌که این مرگ آرام فقط برای ستارگانی مانند خورشید است، بسیاری از ستارگان «همدم‌های دوتایی» دارند که می‌توانند حداقل رستاخیز موقتی به آنها ببخشند. دلیلش این است که برخی از این سیستم‌های دوتایی به اندازه کافی به هم نزدیک هستند که کوتوله سفید بتواند شروع به کشیدن ماده از همدم خود کند و جان دوباره بگیرد.

در بیشتر موارد، ستاره همدم و کوتوله سفید به اندازه کافی به هم نزدیک نیستند که این انتقال جرم را آغاز کنند تا اینکه ستاره همدم غول سرخ متورم شود و نیمی از ساختار 8 بخشی را که «لوب روش» نام دارد، پر کند.

کوتوله‌های سفیدی که به این طریق ماده ستاره‌ای به دست می‌آورند، از قبل عامل رویدادهای مختلف نواختری شناخته شده‌اند. مشهورترینِ این موارد «ابرنواخترهای نوع Ia» هستند که در آنها کوتوله سفید در انفجار گرماهسته‌ایِ افسارگسیخته پس از اینکه ماده ستاره‌ایِ دزدیده‌شده روی سطح آن انباشته‌ می‌شود، نابود می‌شود.

اگرچه رویدادهای نادری به نام «ابرنواخترهای نوع Iax» هم وجود دارند که کوتوله سفید در قالب ستاره زامبیِ ازهم‌پاشیده به زندگی خود در آنها ادامه می‌دهد.

بااین‌حال، این تیم دریافت که نور مرئی و ویژگی‌های پرتو ایکس OGLE-mNOVA-11 واقعاً با ویژگی‌های نواخترهای کلاسیک یا ابرنواخترهای نوع Ia مطابقت ندارد که توسط انفجار گرماهسته‌ایِ یک کوتوله سفید هنگام ریختن ماده ستاره‌ای از یک ستاره همدم روی سطح آن ایجاد می‌شوند.

آنها همچنین با ویژگی‌های «نواخترهای کوتوله» که در شرایط مشابه رخ می‌دهند نیز متفاوت بودند. نواخترهای کوتوله کم‌نورتر و کم‌تخریب‌تر هستند؛ بنابراین می‌توانند تکرار شوند. مروز گفت:

«فکر می‌کنیم میلی‌نواخترها سیستم‌های ستاره‌ای دوتایی هستند متشکل از یک کوتوله سفید و یک ستاره زیرغول، ستاره‌ای که هیدروژن موجود در هسته خود را تمام کرده و منبسط شده است. این ۲ ستاره با دوره‌ای چندروزه دور یکدیگر می‌چرخند. نزدیکی آنها اجازه می‌دهد ماده ستاره‌ای از زیرغول به کوتوله سفید جریان یابد.»

مروز، محقق دانشگاه ورشو، افزود فعلاً مشخص نیست پرتو ایکس میلی‌نواخترها چگونه تولید می‌شود اما او و تیمش ۲ ایده اولیه برای کار روی آن دارند.

مروز توضیح داد:

«طبق یک فرضیه، پرتوهای ایکس ممکن است در کمربندی در اطراف استوای کوتوله سفید تولید شوند، جایی که گاز حاصل از زیرغول به سطح کوتوله سفید برخورد می‌کند. از طرف دیگر، پرتوهای ایکس ممکن است از انفجار گرماهسته‌ای ضعیف روی سطح کوتوله سفید ناشی شوند که ماده درحال‌سقوط روی کوتوله سفید آن انفجار را ایجاد می‌کند. این انفجار به‌ اندازه‌ای ضعیف است که از کوتوله سفید فقط کمی به بیرون پرتاب می‌شود یا حتی هیچ ماده‌ای پرتاب نمی‌شود.»

اگر این‌چنین باشد، جرم کوتوله سفید باید افزایش یابد که ممکن به این معنی باشد که درنهایت در ابرنواختر نوع Ia قدرتمندتری فوران می‌کند؛ بنابراین میلی‌نواخترها می‌توانند پیش‌سازهای نوع Ia باشند که اگر درست باشد، پیشرفتی هیجان‌انگیز است.

ابرنواخترهای نوع Ia برای اخترشناسان بسیار مفیدند؛ زیرا خروجی نور یکنواخت آنها اجازه می‌دهد به‌جای «شمع‌های استاندارد» برای تعیین فواصل کیهانی استفاده شوند. دریافت سرنخی درمورد زمان و مکان انفجار ابرنواختر نوع Ia از طریق میلی‌نوا به درک بهتر این رویدادها کمک می‌کند.

مروز در پایان گفت: «ما روشنایی هر شی از این مجموعه را بی‌درنگ رصد خواهیم کرد و منتظر شروع فوران بعدی خواهیم ماند. همچنین قصد داریم مشاهدات تکمیلی بیشتری برای درک بهتر فرایندهای فیزیکی مسئول این فوران‌ها انجام دهیم.»

تحقیقات این تیم در مجله Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.