ستارهشناسان امواج شاک ناشی از انفجارهای نووا را با وضوح بالا ضبط میکنند
ستارهشناسان در مطالعهی انفجارهای نوواِ ستارهای به کشف شگفتانگیزی دست یافتند.
ستارهشناسان مدتهاست برای ضبط ماهیت واقعی انفجارهای نوواِ ستارهای دست به گریبان بودهاند. اما بهواسطهٔ فناوریهای پیشرفته، تیمی از پژوهشگران سرانجام توانست این رویدادهای کیهانی را با جزئیات بیسابقهای مشاهده کنند. با بهرهگیری از تصویربرداری پیشرفته و تداخلسنجی در آرایه CHARA در کالیفرنیا، آنها پیچیدگی شگفتانگیز پشت انفجارهای نووا را آشکار کردند. یافتههای آنها که در Nature Astronomy منتشر شد، نگرشهای جدیدی دربارهٔ فرایندهای سازندهٔ این رویدادهای پرخشوت ستارهای فراهم میآورد و بهطور اساسی درک ما از رفتار و اثرات آنها را متحول میکند.
عصر جدیدی در مشاهده انفجارهای ستارهای
برای دههها، مطالعهٔ انفجارهای نووا بهدلیل سرعت و گذرا بودن آنها چالشی اساسی بود. بهطور سنتی، ستارهشناسان تنها میتوانستند اثرات بعدی این رویدادهای انفجاری را مشاهده کنند؛ گاز گسترشیافته بهصورت نقطهای نوری واحد ظاهر میشد. اما مطالعهٔ جدید که توسط پژوهشگران دانشگاه ایالتی جورجیا رهبری شد، با بهکارگیری تکنیکهای تداخلسنجی، لحظات ابتدایی دو انفجار ستارهای را ثبت کرد و نمایی دقیق از فرایندهای درگیر ارائه داد.
«تصاویر بهما نمایی نزدیک از نحوهٔ پرتاب ماده از ستاره در طول انفجار میدهند»، گفت گیل شِیِفر، مدیر آرایه CHARA. «ضبط این رویدادهای گذرا مستلزم انعطافپذیری برای تنظیم برنامهٔ شبانهمان بهمحض کشف هدفهای جدید فرصتی است».
این پیشرفت نگاهی واقعی به نوواها فراهم میکند که پیش از این تنها از طریق نشانههای غیرمستقیم درک میشدند. برای نخستین بار، دانشمندان تشکل چندین جریان خروجی گاز که بهصورت عمودی نسبت به یکدیگر در طول انفجار پرتاب میشدند را مشاهده کردند و شواهد مستقیمی از پیچیدگی این رویدادهای ستارهای به دست آوردند. یافتههای تیم، نگاه پیشین به نوواها بهعنوان انفجارهای ساده و تکمرحلهای را به چالش میکشند و دینامیکهای پیچیدهٔ پرتاب ماده و تشکیل امواج شاک را آشکار میسازند.
نووا V1674 هِرکولیس: کشفی انفجاری
یکی از نوواهای مورد بررسی، نووا V1674 هِرکولیس، یکی از سریعترین انفجارهای ستارهای که تا به حال ثبت شده بود، است. تیم تصاویر انفجار را تنها چند روز پس از وقوع آن بهدست آورد؛ این تصاویر دو جریان گازی متمایز و عمودی را نشان می دادند. این جریانها که بهسرعت پس از انفجار شکل گرفتند، بهسرعت تکامل یافتند و انرژی انفجاری را با جزئیات خیرهکننده به تصویر کشیدند. تصاویر نشان میدهند که جریانهای گازی چگونه بههم برخوردند و امواج شاکی را تولید کردند که برای درک تابش پرانرژی مرتبط با این رویدادها حیاتی هستند.
ارتباط بین امواج شاک و انتشارهای پرتو گاما که توسط تلویزیون فضایی پرتو گاما فیرنای ناسا مشاهده شد، برقرار شد و این انفجار را با شتابدهی ذرات پرانرژی مرتبط کرد. این مطالعه تأکید کرد که نوواها، که پیش از این بهعنوان انفجارهای ساده در نظر گرفته میشدند، بسیار پویا و پیچیدهتر از آنچه تصور میشدند هستند.
نقش تداخلسنجی: دریچهای به سوی ناشناخته
قابلیت ضبط اینچنین جزئیات ریز از طریق بهکارگیری تداخلسنجی حاصل میشود؛ تکنیکی پیشرو که نور حاصل از چندین تلسکوپ را ترکیب میکند تا تصاویر بسیار دقیقی از اشیای دور دست ایجاد کند. این روش در پیشرفتهای دیگر نجومی، از جمله اولین تصویر یک سیاهچاله، نقش کلیدی داشته است. «این پیشرفت فوقالعادهای است»، گفت جان موننیه، یکی از همنویسندگان مطالعه که در Nature Astronomy منتشر شد و کارشناس حوزه تصویربرداری تداخلسنجی.
«این واقعیت که اکنون میتوانیم ستارگان را در حال انفجار ببینیم و بلافاصله ساختار مادهای که به فضا پرتاب میشود را مشاهده کنیم، حیرتانگیز است. این امر دریچهای نو به سوی برخی از درامپذیرترین رویدادهای جهان گشوده است.»
تداخلسنجی به دانشمندان این امکان را داده است تا ساختارهای ریزدر مقیاس این انفجارها را تفکیک کنند و نور بیشتری روی هندسه و ترکیب مادهٔ دفعشده بیندازند. این تصاویر با طیفسنجیهای حاصل از سایر رصدخانههای مهم تکمیل شدند که ترکیب گاز در حال تحول را پیگیری میکردند. با ترکیب این مشاهدات، پژوهشگران توانستند تصویری دقیق از نحوهٔ پرتاب ماده از ستاره و شکلگیری امواج شاک به دست آورند.
نووا V1405 کاسیوپیه: یک انفجار کندتر و مرموزتر
دومین نووا که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفت، نووا V1405 کاسیوپیه، رفتار کاملاً متفاوتی نشان داد. برخلاف نووا V1674 هِرکولیس که بهسرعت منفجر شد، نووا V1405 کاسیوپیه بهمراتب آرامتر پیشرفت کرد و لایههای بیرونی ستاره بیش از ۵۰ روز برای دفع زمان نیاز داشتند. این رهایی تأخیری ماده، کشف جدیدی است که نگاهی به طبیعت پیچیدهٔ انفجارهای نووا فراهم میآورد. این خروجی تأخیری باعث شکلگیری امواج شاک پس از آزادسازی نهایی گاز شد و دوباره تابش پرتو گاما توسط تلسکوپ فیرنای ناسا آشکار شد.
«این تنها آغاز است»، گفت الیاس عیدی، نویسندهٔ اصلی این مطالعه و استاد فیزیک و نجوم در دانشگاه تکنیک تگزاس. «با مشاهدات بیشتری همچون اینها، میتوانیم سرانجام به پرسشهای بزرگ دربارهٔ چگونگی زندگی، مرگ و تأثیر ستارگان بر محیط اطرافشان پاسخ دهیم. نوواها که پیش از این بهعنوان انفجارهای ساده درک میشدند، حالا نشان میدهند که بسیار غنیتر و جذابتر از آنچه تصور میکردیم هستند.»
ارتباط بین انفجارهای نووا و فیزیک شدید
مشاهدات جدید نه تنها پیچیدگی انفجارهای نووا را آشکار میسازند، بلکه نشان میدهند که این رویدادها میتوانند بهعنوان آزمایشگاهی برای مطالعهٔ فیزیک شدید به کار روند. امواج شاک تولیدشده در این انفجارها ذرات را به انرژیهای بالا شتاب میدهند و در نتیجه پرتو گاما را که تلسکوپهایی مانند فیرنای ناسا میبینند، تولید میکنند.
«نوواها بیش از آتشبازیهای کهکشانی ما هستند؛ آنها آزمایشگاهی برای فیزیک شدید به حساب میآیند»، گفت پروفسور لورا چومیك، یکی از همنویسندگان از دانشگاه میشیگان. «با مشاهدهٔ نحوه و زمان پرتاب ماده، میتوانیم سرانجام ارتباط بین واکنشهای هستهای در سطح ستاره، هندسهٔ مادهٔ خروجی و تابش پرانرژی که از فضا مشاهده میکنیم را برقرار کنیم.»
مطالعهٔ نوواها بینشهای ارزشمندی دربارهٔ رفتار ماده در شرایط شدید، مانند دما و فشارهای بالایی که در یک انفجار ستارهای وجود دارد، فراهم میکند. با مشاهدهٔ این فرایندها بهصورت دقیق، ستارهشناسان فیزیک بنیادی را که دینامیکهای مرگ ستاره و شکلگیری امواج شاک کیهانی را کنترل میکند، کشف مینمایند.