دانشمندان برای اولین بار ناحیهٔ درونی سامانهٔ کوتوله سفید را می‌نگرند
توسط جنیفر چو، مؤسسهٔ فناوری ماساچوست
ویرایش: سِدی هارلی؛ بازنگری: رابرت ایگان
حدود ۲۰۰ سال نوری از زمین، هستهٔ یک ستارهٔ مرده به دور یک ستارهٔ بزرگ‌تر می‌چرخد و نمایانگر رقصی کیهانی تاریک است. این ستارهٔ مرده از نوع کوتوله سفیدی است که با میدان مغناطیسی قدرتمند خود، ماده را از ستارهٔ بزرگ‌تر به سمت خود کشیده و در یک دیسک چرخشی انباشتگی جمع می‌کند.
این جفت چرخشی به عنوان «قطب میانی» شناخته می‌شود؛ سامانه‌ای ستاره‌ای که الگوی پیچیده‌ای از تابش‌های شدید، از جمله پرتوهای ایکس، تولید می‌کند؛ چرا که گازهای ستارهٔ بزرگ‌تر به سطح کوتوله سفید می‌ریزند.
اکنون، ستاره‌شناسان MIT از یک تلسکوپ ایکس‑ری فضایی استفاده کرده‌اند تا ویژگی‌های کلیدی در ناحیهٔ داخلی این سامانه را شناسایی کنند — محیطی با انرژی فوق‌العاده که تا به حال برای اکثر تلسکوپ‌ها دسترس‌پذیر نبوده است.
در مطالعه‌ای دسترس‌پذیر که در نشریهٔ Astrophysical Journal منتشر شده است، تیم گزارش می‌دهد که با استفاده از کاوشگر قطبش تصویری پرتوهای ایکس ناسا (IXPE) سامانهٔ «قطب میانی» به نام EX Hydrae را مشاهده کرده‌اند.
تیم میزان شگفت‌انگیز بالایی از قطبش ایکس‑ری را شناسایی کرد، که جهت میدان الکتریکی موج ایکس‑ری را توصیف می‌کند، و همچنین جهت غیرمنتظره‌ای از قطبش پرتوهای ایکس‑ری ساطع شده از EX Hydrae مشاهده شد. از این اندازه‌گیری‌ها، پژوهشگران مسیر پرتوهای ایکس‑ری را به منبع آن در ناحیهٔ داخلی سامانه، نزدیک به سطح کوتوله سفید، پیگیری کردند.
علاوه بر این، آنها تعیین کردند که پرتوهای ایکس‑ری سامانه از ستونی از مادهٔ سفید داغ که کوتوله سفید از ستارهٔ همراه خود می‌کشد، ساطع می‌شوند.
آنها تخمین می‌زنند که ارتفاع این ستون حدود ۲,۰۰۰ مایل است — تقریباً نیمی از شعاع خود کوتوله سفید و بسیار بالاتر از آنچه فیزیک‌دانان برای چنین سیستمی پیش‌بینی کرده بودند. همچنین آنها دریافتند که پرتوهای ایکس‑ری قبل از پراکنده شدن به فضا، از سطح کوتوله سفید بازتاب می‌شوند — اثری که فیزیک‌دانان حدس می‌زدند اما تا کنون تأیید نشده بود.
نتایج تیم نشان می‌دهد که قطبش ایکس‑ری می‌تواند روشی مؤثر برای مطالعهٔ محیط‌های ستاره‌ای افراطی، از جمله پرانرژی‌ترین نواحی یک کوتوله سفید در حال جذب، باشد.
«ما نشان دادیم که قطبش ایکس‑ری می‌تواند برای انجام اندازه‌گیری‌های دقیق از هندسهٔ جذب کوتوله سفید به کار رود»، می‌گوید شون گاندرسون، پژوهشگر پسادکتر در مؤسسهٔ کاولی برای نجوم و فضانوردی MIT که نویسندهٔ اصلی این مطالعه است. «این درها را به سوی امکان انجام اندازه‌گیری‌های مشابه برای سایر انواع کوتوله‌های سفیدی که در حال جذب هستند و تا به‌حال سیگنال‌های پیش‌بینی‌شدهٔ قطبش ایکس‑ری نداشته‌اند، باز می‌کند.»
همکاران گاندرسون در مؤسسهٔ کاولی MIT شامل دانشجوی دورهٔ دکترا سواتی راوی و پژوهشگران هرمان مارسال و دیوید هوئنمردر، به‌همراه داستین سوورم از دانشگاه آیووا، ریچارد ایگنایس از دانشگاه ایست‌تنسی، یائِل نازِه از دانشگاه لیژ، و پراگاتی پردان از دانشگاه Embry Riddle Aeronautical می‌باشند.
چشمه‌ای پرانرژی
تمام اشکال نور، که شامل پرتوهای ایکس‑ری نیز می‌شود، تحت تأثیر میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی قرار می‌گیرند. نور به صورت امواجی می‌لرزد که نوسان‌هایشان به‌صورت عمودی نسبت به جهت پیش‌روندگی آن است.
میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی خارجی می‌توانند این نوسان‌ها را به سمت‌های تصادفی کشیده کنند. اما وقتی نور با سطحی تعامل می‌کند و از آن بازتاب می‌یابد، می‌تواند قطبش پیدا کند؛ یعنی ارتعاشاتش در یک جهت متمرکز می‌شود. نور قطبش یافته می‌تواند ابزاری برای پیگیری منبع نور و درک جزئیاتی از هندسهٔ آن باشد.
سنجشگر فضایی IXPE اولین مأموریت ناسا برای مطالعهٔ پرتوهای ایکس‑ری قطبش یافته است که توسط اشیاء نجومی افراطی ساطع می‌شوند. این فضاپیمای فضایی که در سال ۲۰۲۱ پرتاب شد، دور زمین می‌گردد و پرتوهای ایکس‑ری قطبشی را ثبت می‌کند. از زمان پرتاب، بیشتر بر سوپرنواها، سیاه‌چاله‌ها و ستاره‌های نوترونی متمرکز شده است.
مطالعهٔ جدید MIT اولین بار است که از IXPE برای اندازه‌گیری پرتوهای ایکس‑ری قطبش یافتهٔ یک قطب میانی استفاده می‌کند — سامانه‌ای کوچک‌تر نسبت به سیاه‌چاله‌ها و سوپرنواها، که با این حال به‌عنوان منبع قدرتمند پرتوهای ایکس شناخته می‌شود.
«ما شروع کردیم به بحث دربارهٔ میزان قطبشی که می‌تواند برای درک اتفاقات در این نوع سامانه‌ها مفید باشد، چرا که اکثر تلسکوپ‌ها فقط یک نقطهٔ کوچک در میدان دیدشان می‌بینند»، مارشال می‌گوید.
نام «قطب میانی» از شدت میدان مغناطیسی کوتوله سفید مرکزی می‌آید. وقتی این میدان قوی باشد، مادهٔ ستارهٔ همراه مستقیماً به سمت قطب‌های مغناطیسی کوتوله کشیده می‌شود. وقتی میدان بسیار ضعیف باشد، مادهٔ ستاره به‌جای کشیده شدن مستقیم، در یک دیسک انباشتگی به دور کوتوله می‌چرخد که در نهایت مستقیماً بر سطح کوتوله می‌افتد.
در حالت یک قطب میانی، فیزیک‌دانان پیش‌بینی می‌کنند که ماده باید به‌صورت الگوی پیچیده‌ای میانی فرو ریزد، به‌طوری‌که دیسک انباشتگی نیز به سمت قطب‌های کوتوله جذب شود.
میدان مغناطیسی باید دیسک مادهٔ ورودی را به‌صورت یک چشمهٔ پرانرژی به سمت بالا برانگیزد، پیش از این‌که بقایای ستاره‌ای به‌سرعت چند میلیون مایل در ساعت به قطب‌های مغناطیسی کوتوله بیفتند؛ این فرآیند که ستاره‌شناسان به آن «پردهٔ جذب» می‌گویند.
فیزیک‌دانان تصور می‌کنند که این مادهٔ سقوط‌کننده با مادهٔ قبلاً بالا رفته که هنوز به سمت قطب‌ها می‌رسد، تصادمی ایجاد می‌کند؛ این تجمع گاز، یک ستون گاز برخوردی با دمایی به‌عنوان ده‌ها میلیون درجه فارنهایت شکل می‌دهد که پرتوهای ایکس‑ری پرانرژی ساطع می‌کند.
تصویری از درونی‌ترین بخش
با اندازه‌گیری هرگونه پرتوهای ایکس‑ری قطبش یافته‌ای که توسط EX Hydrae ساطع می‌شود، تیم قصد داشت تصویر قطب‌های میانی را که فیزیک‌دانان فرض کرده بودند، آزمون کند. در ژانویهٔ ۲۰۲۵، IXPE حدود ۶۰۰٬۰۰۰ ثانیه، معادل حدود هفت روز، از داده‌های ایکس‑ری سامانه جمع‌آوری کرد.
«با هر پرتو ایکس‑ری که از منبع می‌آید، می‌توانید جهت قطبش را اندازه‌گیری کنید»، مارشال توضیح می‌دهد. «شما این داده‌ها را جمع می‌کنید و چون هرکدام در زاویه و جهت متفاوتی هستند، می‌توانید آنها را به‌طور میانگین‌گیری ترکیب کنید تا درجه و جهت ترجیحی قطبش به دست آید.»
اندازه‌گیری‌های آنها نشان داد که درجهٔ قطبش حدود ۸٪ است؛ مقداری که بسیار بالاتر از پیش‌بینی‌های علمی بر پایهٔ برخی مدل‌های نظری بود. سپس پژوهشگران توانستند تأیید کنند که پرتوهای ایکس‑ری در واقع از ستون سامانه ساطع می‌شوند و این ستون حدود ۲,۰۰۰ مایل ارتفاع دارد.
«اگر شما بتوانید نسبتاً نزدیک به قطب کوتوله سفید بایستید، ستونی از گاز را خواهید دید که ۲,۰۰۰ مایل به سمت آسمان امتداد دارد و سپس به‌صورت هلالی به بیرون باز می‌شود», گاندرسون می‌گوید.
تیم همچنین جهت قطبش ایکس‑ری EX Hydrae را اندازه‌گیری کرد و دریافت که این جهت عمود بر ستون گاز ورودی کوتوله سفید است. این نشان می‌دهد که پرتوهای ایکس‑ری ساطع شده از ستون ابتدا به‌سوی سطح کوتوله سفید بازتاب می‌شوند و سپس به فضا، و نهایتاً به تلسکوپ‌های IXPE می‌رسند.
«چیزی که در قطبش ایکس‑ری مفید است این است که تصویری از درونی‌ترین و پرانرژی‌ترین بخش این سامانه به ما می‌دهد», روی می‌گوید. «وقتی از دیگر تلسکوپ‌ها نگاه می‌کنیم، این جزئیات را نمی‌بینیم.»
تیم برنامه دارد از قطبش ایکس‑ری برای مطالعهٔ سامانه‌های دیگر کوتوله‌های سفید در حال جذب استفاده کند؛ مسیری که می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا پدیده‌های کیهانی بزرگ‌تری را درک کنند.
«زمانی می‌رسد که مقدار زیاد ماده از ستارهٔ همراه به کوتوله سفید می‌ریزد تا جایی که کوتوله دیگر قادر به نگهداری آن نیست؛ سپس کل ساختار فرو می‌ریزد و نوعی سوپرنوا را تولید می‌کند که در سراسر جهان قابل‌مشاهده است و می‌توان از آن برای برآورد اندازهٔ جهان استفاده کرد», مارشال می‌افزاید.
«بنابراین، شناخت این سامانه‌های کوتوله سفید به دانشمندان کمک می‌کند تا منبع این سوپرنواها را درک کنند و دربارهٔ اکولوژی کهکشانی نیز اطلاعاتی به دست می‌آورند.»
اطلاعات بیشتر: Sean J. Gunderson et al, X-Ray Polarimetry of Accreting White Dwarfs: A Case Study of EX Hydrae, The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/ae11b5
اطلاعات مجله: Astrophysical Journal
ارائه‌شده توسط مؤسسهٔ فناوری ماساچوست
این داستان با تشکر از MIT News (web.mit.edu/newsoffice/) بازنشر شده است، وب‌سایتی پرطرفدار که اخبار پژوهش، نوآوری و آموزش در MIT را پوشش می‌دهد.
استناد: دانشمندان برای اولین بار ناحیهٔ درونی سامانهٔ کوتوله سفید (2025، 20 نوامبر) بازیابی شده در 24 نوامبر 2025 از https://phys.org/news/2025-11-scientists-innermost-region-white-dwarf.html
این سند تحت حق چاپ است. به‌جز موارد استفاده منصفانه برای مقاصد مطالعه یا تحقیق شخصی، هیچ بخشی از آن بدون اجازه کتبی مجاز به بازنشر نیست. محتوای این سند تنها برای مقاصد اطلاعاتی ارائه می‌شود.