دانشمندان برای اولین بار موج شوک ابرنوا را در حال عبور از یک ستاره در حال مرگ مشاهده کردند
این ابرنوا مرگ یک ستاره ابرغول سرخ بود که پنج‌صد برابر خورشید بزرگتر بود و در کهکشانی تنها ۲۲ میلیون سال نوری فاصله داشت.
دانشمندان برای اولین بار لحظه‌ای را که موج شوک یک انفجار ابرنوا از سطح ستاره‌ای در حال مرگ عبور می‌کند، به تصویر کشیدند و نشان دادند که این انفجار به نحو شگفت‌انگیزی متقارن به‌نظر می‌رسد.
دیدن این لحظه با جزئیات پیش از این دشوار بود، چرا که یافتن یک ابرنوا به موقع و تمرکز تلسکوپ‌ها بر روی آن نادر است — و حتی زمانی که این امکان فراهم می‌شد، ستاره در حال انفجار آن بسیار دور بود.
به‌همین دلیل، هنگامی که ابرنوا 2024ggi در ۱۰ آوریل ۲۰۲۴ در یک کهکشان مارپیچی نسبتاً نزدیک به نام NGC 3621، که ۲۲ میلیون سال نوری دور در صورت‌فلکی هیدرا، مارآب، است، ستاره‌شناس یی یانگ از دانشگاه تسینگهوا در پکن دانست که باید اقدام کند.
او و تیم بین‌المللی‌اش از چین، اروپا، خاورمیانه و ایالات متحده به‌سرعت درخواست زمان برای استفاده از تل‌متوسعه بزرگ (VLT) در رصدخانهٔ جنوبی اروپا (ESO) در شیلی به منظور مشاهدهٔ ابرنوا کردند. ۲۶ ساعت پس از اینکه ابرنوا توسط دوربین‌های سیستم جهانی هشدار آخرین برخورد شهاب‌سنگی به سطح زمین (ATLAS) کشف شد، VLT داده‌ها را فراهم کرد.
“اولین مشاهدات VLT فاز را به ثبت رساند که ماده شتاب‌گرفته توسط انفجار، نزدیک به مرکز ستاره، از سطح ستاره عبور کرد،” گفت یکی از همکاران، دای‌تریش باده از ESO، در یک بیانیه. “به مدت چند ساعت، هندسهٔ ستاره و انفجار آن می‌توانست و واقعاً مشاهده می‌شد.”
ستاره‌ای که به ابرنوا تبدیل شد، یک ابرغول سرخ عظیم بود که بین ۱۲ تا ۱۵ برابر جرم خورشید ما وزن داشت. این ستاره‌ها زمانی که دیگر قادر به انجام واکنش‌های همجوشی هسته‌ای در هسته خود نیستند، می‌میرند؛ که این باعث فروپاشی گرانشی هسته و تشکیل یک ستاره نوترونی می‌شود. لایه‌های اطراف هسته به سمت هسته سقوط می‌کنند و سپس به بیرون پرش می‌کنند، که انفجاری را به وجود می‌آورد که ستاره را منفجر می‌کند. ستاره، پس از اینکه از داخل به بیرون پاره شد، به‌طور چشمگیری روشن شد، اما چون یک ابرغول سرخ به این‌ح اندازه بزرگ است، با شعاع ۲۵۰ میلیون کیلومتر (۲۱۷ میلیون مایل) یا ۵۰۰ برابر شعاع خورشید، حدود یک روز طول کشید تا این موج شوک از سطح قابل رؤیت آن عبور کند.
این همان لحظه‌ای بود که یانگ، باده و همکارانشان منتظر آن بودند. اگر یک روز پس از آن می‌رسیدند، این فرصت از دست می‌رفت. مشاهدهٔ لحظهٔ رهایی موج شوک برای درک اینکه ستاره دقیقاً چگونه خود را منفجر می‌کند، حیاتی است.
اگرچه خود ابرنوا به‌عنوان نقطه‌ای قابل تشخیص نبود، قطبی‌سازی آن نور سرنخ‌های مربوط به هندسهٔ انفجار را در خود داشت.
«هندسهٔ یک انفجار ابرنوا اطلاعات پایه‌ای دربارهٔ تکامل ستاره‌ای و فرآیندهای فیزیکی منجر به این آتش‌بازی‌های کیهانی فراهم می‌کند،» یانگ گفت.
با استفاده از طیف‌سنج FORS2 تلسکوپ VLT، تیم از تکنیک مشاهداتی به نام اسپکتروپولاریمتری برای اندازه‌گیری آن قطبش بهره گرفت.
“اسپکتروپولاریمتری اطلاعاتی دربارهٔ هندسهٔ انفجار ارائه می‌دهد که سایر انواع مشاهده به دلیل مقیاس‌های زاویه‌ای بسیار کوچک قادر به فراهم کردن آن نیستند،” گفت یکی دیگر از اعضای تیم، لیفان وانگ از دانشگاه تگزاس A&M.
اندازه‌گیری نشان داد که شکل انفجار خروجی مسطح بوده، شبیه یک زیتون یا انگور. نکتهٔ کلیدی این است که این انفجار به‌صورت متقارن گسترش یافت و حتی زمانی که با حلقه‌ای از ماده پیرامون‌ستاره‌ای برخورد کرد، این تقارن حفظ شد.
“این یافته‌ها نشان می‌دهند که مکانیزم فیزیکی مشترکی وجود دارد که انفجار بسیاری از ستاره‌های عظیم را هدایت می‌کند، که یک تقارن محوری واضح را به‌وجود می‌آورد و در مقیاس‌های بزرگ عمل می‌کند،” یانگ گفت.
این یافته‌ها به ستاره‌شناسان این امکان را می‌دهد که برخی مدل‌ها را رد کنند و دیگران را که توصیف می‌کنند چه عاملی موج شوک در یک انفجار ابرنوا را تحریک می‌کند، تقویت نمایند.
به‌ویژه، برخی مدل‌ها پیشنهاد می‌کنند که موج شوک می‌تواند با جذب ذرات خاصی به نام نوترینوها انرژی کسب کند، همان‌طور که از هسته به سطح ستاره حرکت می‌کند. با این حال جذب نوترینوها باید به انفجارهای بسیار نامتقارن منجر شود، که در این مورد مشاهده نمی‌شود. در مواردی که انفجارهای ابرنوا در مراحل بعدی نامتقارن دیده شده‌اند، تیم یانگ پیشنهاد می‌کند که میدان‌های مغناطیسی قدرتمند ممکن است نامتقارن را شکل دهند، نه نوترینوها.
یافته‌های SN 2024ggi در تاریخ ۱۲ نوامبر در مجله Science Advances منتشر شد و مقاله در وب‌سایت ESO قابل دسترسی است.