ستارهشناسان بالاخره میفهمند که در طول انفجارهای نوواهای ستارهای واقعاً چه میافتد
با استفاده از آرایه CHARA دانشگاه ایالتی جورجیا، تیمی بینالمللی از دانشمندان پیچیدگی غیرمنتظرهای در نحوهٔ انفجار ستارهها کشف کردهاند.
ستارهشناسان تصاویر دو انفجار ستارهای به نام نووا را تنها چند روز پس از فوران آنها دریافت کردند و جزئیاتی بهدست آوردند که پیش از این هرگز به دست نیامده بود. این مشاهدات بهصورت مستقیم نشان میدهند که نوواها از آنچه پیش از این دانشمندان تصور میکردند بسیار پیچیدهتر هستند؛ شامل جریانهای متعدد مادهٔ دفعشده و در برخی موارد تاخیرهای طولانی پیش از آزادسازی این ماده میباشند.
این مطالعهٔ بینالمللی که در مجله Nature Astronomy منتشر شد، به روشی قدرتمند برای مشاهده به نام تداخلسنجی در مرکز نجوم با وضوح زاویهای بالا (آرایه CHARA) در کالیفرنیا تکیه کرد. با ترکیب نور چندین تلسکوپ، پژوهشگران به وضوح بسیار دقیقی دست یافتند که برای تصویربرداری این رویدادهای سریعالتغییر در حین وقوع لازم بود.
«تصاویر به ما نمای نزدیک از نحوهٔ دفع ماده از ستاره در طول انفجار میدهند»، گفت گیل شائفر، مدیر آرایه CHARA دانشگاه ایالتی جورجیا. «ضبط این رویدادهای گذرا نیازمند انعطافپذیری برای تنظیم برنامهٔ شبانهمان است بهمحض کشف اهداف فرصتپذیر جدید.»
نوواها زمانی رخ میدهند که یک باقیماندهٔ فشردهٔ ستارهای به نام کوتولهٔ سفید، پس از جذب ماده از ستارهٔ همسایه، واکنش هستهای سرساز را آغاز میکند. تا پیش از این، ستارهشناسان برای مطالعهٔ مراحل اولیهٔ این فورانها مجبور بودند به شواهد غیرمستقیم تکیه کنند، زیرا بقایای گسترشیافته تنها به شکل یک نقطهٔ نور ظاهر میشد.
درک چگونگی پرتاب این مادهٔ دفعشده و نحوهٔ برخورد جریانهای مختلف، کلید توضیح شکلگیری موجهای شوک در نوواهاست. چنین شوکهایی اولین بار توسط تلسکوپ بزرگسطحی فرمی (LAT) ناسا آشکار شد. در طول پانزده سال اول فعالیت خود، فرمی‑LAT بیش از ۲۰ نووا را با انتشار گامای GeV شناسایی کرد و تأیید کرد که این انفجارها میتوانند تابش پرانرژی تولید کنند و آنها را به اهداف مهمی برای نجوم چندحسی تبدیل میکند.
داستان دو نووا
پژوهشگران بر روی دو نووا بسیار متفاوت که در سال ۲۰۲۱ فوران کردند، متمرکز شدند. اولین نووا، V1674 هرسیولیس، یکی از سریعترین نوواهای مشاهدهشده تا کنون بود؛ که تنها در چند روز افزایش یافت و سپس فروکش کرد. تصاویر دو جریان جداگانه گاز را نشان دادند که در جهتهای عمود بر هم جریان داشتند و نشان میدهند که این انفجار شامل چندین فوران تعاملی بوده است. بهطور چشمگیر، این ساختارها همزمان با کشف پرتوهای گامای توسط تلسکوپ فضایی گامای فرمی ناسا ظاهر شدند که بهصورت مستقیم ارتباط بین تابش انرژی بالا و برخوردهای بین جریانهای خروجی را نشان میدهد.
شیء دوم، نووا V1405 کاسیوپیا، رفتار بسیار متفاوتی نشان داد. این نووا بهطور قابل توجهی آهستهتر پیشرفت کرد و بهطور غیرمنتظرهای لایههای بیرونی خود را بیش از ۵۰ روز حفظ کرد پیش از اینکه آنها را رها کند. این مشاهده واضحترین شواهد تا بهحال برای این که برخی نوواها رهاسازی ماده را بهتاخیر میاندازند، فراهم میکند. وقتی که گاز سرانجام رها شد، امواج شوک جدیدی شکل گرفتند که بار دیگر پرتوهای گاما را تولید کردند که توسط تلسکوپ فرمی ناسا مشاهده شد.
«این مشاهدات به ما امکان میدهند تا یک انفجار ستارهای را در زمان واقعی مشاهده کنیم؛ امری که بسیار پیچیده است و مدتها بهعنوان کاری فوقالعاده دشوار شناخته میشد»، گفت الیاس آیدی، نویسندهٔ اصلی این مطالعه و استاد فیزیک و نجوم در دانشگاه تگزاس تک. «بهجای دیدن فقط یک درخشندگی ساده، اکنون پیچیدگی واقعی این انفجارها را کشف میکنیم. این همانند گذر از یک عکس سیاه‑سفید پیکسلی به ویدیویی با وضوح بالا است.»
کشف ساختارهای مخفی
قابلیت تفکیک این جزئیات ریز بهدست آمده از استفاده از تداخلسنجی است، همان تکنیکی که امکان تصویربرداری از سیاهچالهٔ مرکز کهکشان ما را فراهم کرد. این تصاویر واضح، با طیفسنجیهای بهدست آمده از رصدخانههای بزرگ مانند جیمنی تکمیل شد که اثر انگشتهای در حال تحول گاز دفعشده را پیگیری میکردند. بهمحض ظاهر شدن ویژگیهای جدید در طیفسنجیها، این ویژگیها با ساختارهایی که در تصاویر تداخلسنجی آشکار شدند همراستا شدند و تایید قدرتمند و مستقیم از نحوه شکلگیری و برخورد جریانها فراهم کرد.
«این یک گام فوقالعادهای است»، گفت جان مونییر، استاد نجوم در دانشگاه میشیگان، یکی از نویسندگان مشترک این مطالعه و کارشناس تصویرگذاری تداخلسنجی. «این واقعیت که اکنون میتوانیم ستارهها را هنگام انفجار ببینیم و بلافاصله ساختار مادهٔ پراکنده به فضا را مشاهده کنیم شگفتانگیز است. این امر پنجرهای نو به سوی برخی از دراماتیکترین رویدادهای جهان باز میگذارد.»
دلالتها برای فیزیک ستارهای
نتایج نه تنها پیچیدگی غیرمنتظرهٔ نوواها را آشکار میکنند، بلکه به توضیح امواج شوک قدرتمند آنها نیز کمک میکنند؛ این امواج شناختهشدهاند که تابش پرانرژی مانند گاما تولید مینمایند. تلسکوپ فرمی ناسا کلید اصلی در کشف این ارتباط بوده است و نوواها را بهعنوان آزمایشگاههای طبیعی برای مطالعه فیزیک شوک و شتابزایی ذرات معرفی میکند.
«نوواها بیش از آتشبازیهای کهکشانی ما هستند؛ آنها آزمایشگاههای فیزیک افراطیاند»، گفت پروفسور لورا چومیک، یکی از نویسندگان مشترک از دانشگاه ایالتی میشیگان و کارشناس انفجارهای ستارهای. «با مشاهدهٔ نحوه و زمان رهاسازی ماده، میتوانیم سرانجام ارتباط بین واکنشهای هستهای روی سطح ستاره، هندسهٔ مادهٔ رهاشده و تابش پرانرژی که از فضا دریافت میکنیم را برقرار کنیم.»
یافتهها دیدگاه دیرینهای که انفجارهای نووا را بهعنوان رویدادهای تکپله و انفجاری میدانست، به چالش میکشند. در عوض، نشان میدهند مسیرهای متنوعی برای رهاسازی وجود دارد، از جمله خروجیهای متعدد و تأخیر در رهایی لایههای بیرونی، که درک ما از این انفجارهای کیهانی را بازنویسی میکند.
«این فقط آغاز است»، گفت آیدی. «با مشاهدات بیشتری از این دست میتوانیم سرانجام به پرسشهای بزرگ دربارهٔ چگونگی زندگی، مرگ و تأثیر ستارهها بر محیط پیرامونشان پاسخ دهیم. نوواها، که زمانی بهعنوان انفجارهای ساده شناخته میشدند، بهمرور زمان به موجودات پیچیدهتری بدل میشوند که از آنچه تصور میکردیم بسیار غنیتر و جذابتر هستند.»
مرجع: «جریانهای متعدد و رهاسازیهای تاخیری که توسط تصویربرداری زودهنگام نوواها آشکار شد» توسط الیاس آیدی، جان دی. مونییر، آنتوان مِراند، گیل اچ. شائفر، لورا چومیک، مادالنا اوتولاکوا‑هیپکا، جیه‑لینگ فن، کوان لوک لی، کیریِل وی. ساکولُوفسکی، ریکاردو سالیناس، مایکل تاكر، بنجامین شاپی، ریچارد رودی، کیم ال. پیج، ن. پاول م. کوین، دیوید ای. اچ. باکلِی، پیتر کریگ، لوکا اتزو، جاستین لینفورد، برایان دی. متزگر، کُجی موکای، مارینا اوریو، کن جِ شِن، جِی استِرَد، جنیفر ال. سوکولوسکی، رابرت ای. ویلیامز، مونتا نا ن. ویلیامز، گسِسِو آر. حَبتِی، استفان کراوس، نارسیرِدی آنوگو، ژان‑بپتیست لو بُکین، سورابه چبارا، ایزابِل کادِرون، تایلر گاردنر، مایرا گوتیرز، نورا ابراهیم، سِیپریَن لانترمان، بنجامین آر. سِترهولم، کریستوفر آشال، جیسن تی. هِنکل، توماس دِ جائغر و آنا وی. پیین، 5 دسامبر 2025، Nature Astronomy. DOI: 10.1038/s41550-025-02725-1
مشاهدات دو نووا بهعنوان بخشی از برنامه دسترسی آزاد آرایه CHARA که توسط بنیاد ملی علوم (NSF) با شمارههای کمکهزینهٔ AST-2034336 و AST-2407956 تأمین مالی شد، بهدست آمد. پشتیبانی سازمانی برای آرایه CHARA توسط کالج هنرها و علوم دانشگاه ایالتی جورجیا، دفتر معاونت علمی و دفتر معاونت پژوهش و توسعه اقتصادی فراهم میشود.