دانشمندان برای اولین بار به ناحیهٔ داخلی یک سامانهٔ کوتاه‌سفید نگاه می‌کنند
نویسنده: جنیفر چو، مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT)
حدود ۲۰۰ سال نوری از زمین، هستهٔ یک ستارهٔ مرده به دور ستارهٔ بزرگ‌تری می‌چرخد و رقصی کیهانی مروع را به پا می‌کند. این ستارهٔ مرده، از نوع کوتاه‌سفید، میدان مغناطیسی قدرتمندی دارد که در حین کشیدن مادهٔ ستارهٔ بزرگ‌تر به یک دیسک چرخان و در حال احتجاز، این میدان را به کار می‌گیرد.
این جفت دوار به عنوان «قطب میانی» شناخته می‌شود — سامانه‌ای ستاره‌ای که الگوی پیچیده‌ای از تابش شدید، از جمله پرتوهای ایکس، تولید می‌کند؛ گازی که از ستارهٔ بزرگ‌تر به ستارهٔ کوتاه‌سفید می‌افتد.
اکنون، ستاره‌شناسان MIT با استفاده از یک تلسکوپ ایکس‌ری فضایی، ویژگی‌های کلیدی ناحیهٔ داخلی این سامانه را شناسایی کرده‌اند — محیطی بسیار انرژی‌دار که تا پیش از این برای اکثر تلسکوپ‌ها غیرقابل دسترسی بود.
در مطالعه‌ای با دسترسی آزاد که در Astrophysical Journal منتشر شد، تیم گزارش داد که با استفاده از Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) ناسا، سامانهٔ قطب میانی به نام EX Hydrae را مورد مشاهدة قرار داده‌اند.
تیم یک درجهٔ شگفت‌آورانه بالای قطبش پرتوهای ایکس را یافت؛ این پارامتر جهت میدان الکتریکی موج ایکس را نشان می‌دهد، همچنین جهت غیرمنتظره‌ای از قطبش در پرتوهای ایکس ساطع‌شده از EX Hydrae شناسایی شد. از این اندازه‌گیری‌ها، پژوهشگران پرتوهای ایکس را به منبعشان در ناحیهٔ داخلی سامانه، نزدیک به سطح ستارهٔ کوتاه‌سفید، باز می‌گرداند.
علاوه بر این، آن‌ها دریافتند که پرتوهای ایکس سامانه از ستون ماده‌ای به دمای بسیار بالا (سفید‑داغ) ساطع می‌شوند که ستارهٔ کوتاه‌سفید از ستارهٔ هم‌پیمان خود به سمت خود می‌کشد.
آن‌ها تخمین می‌زنند این ستون حدود ۲,۰۰۰ مایل ارتفاع دارد — تقریباً نصف شعاع خود ستارهٔ کوتاه‌سفید و بسیار بالاتر از پیش‌بینی فیزیک‌دانان برای چنین سامانه‌ای. همچنین تأیید کردند که پرتوهای ایکس پیش از پخش به فضا، از سطح ستارهٔ کوتاه‌سفید انعکاس می‌یابند — اثری که فیزیک‌دانان پیش‌بینی کرده بودند اما تا به اینجا تأیید نشده بود.
نتایج تیم نشان می‌دهد که قطبش پرتوهای ایکس می‌تواند روشی مؤثر برای مطالعهٔ محیط‌های ستاره‌ای افراطی، از جمله پرانرژی‌ترین نواحی یک ستارهٔ کوتاه‌سفید در حال احتجاز، باشد.
«ما نشان دادیم که قطبش پرتوهای ایکس می‌تواند برای انجام اندازه‌گیری‌های دقیق از هندسهٔ احتجاز ستارهٔ کوتاه‌سفید به کار رود»، شین گاندرسون، پژوهشگر پسادکتری در مؤسسهٔ کاولی اخترشناسی و پژوهش فضایی MIT که نویسندهٔ اصلی این مطالعه است، می‌گوید. «این پژوهش پنجره‌ای را به روی امکان انجام اندازه‌گیری‌های مشابه در سایر سامانه‌های کوتاه‌سفید در حال احتجاز که هنوز سیگنال‌های قطبش پرتوهای ایکس پیش‌بینی نشده داشته‌اند، می‌گشاید.»
همکاران کاولی گاندرسون در MIT شامل دانشجوی دکترا سواتی راو و پژوهشگران هرمِن مارشال و دیوید هوانِمُردر، به همراه داستین سوورم از دانشگاه آیوا، ریچارد ایگنِیِس از دانشگاه ایست تنسی ایست، یائِل نازِه از دانشگاه لیژ، و پراگاتی پردان از دانشگاه امبری ریدل ایروناوتیکال می‌شود.
چشمهٔ پرانرژی
تمام اشکال نور، از جمله پرتوهای ایکس، تحت تأثیر میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی قرار می‌گیرند. نور به صورت امواجی می‌تپد که ارتعاشات آن به صورت عمودی نسبت به جهت انتشار موج است.
میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی خارجی می‌توانند این ارتعاشات را به‌سوی جهت‌های دلخواه بکشند. اما هنگامی که نور با سطحی برخورد می‌کند و بازتاب می‌شود، می‌تواند قطبش پیدا کند؛ به این معنی که ارتعاشات آن در یک جهت متمرکز می‌شود. نور قطبش‌دار می‌تواند راهی برای دانشمندان باشد تا منبع نور را ردیابی کنند و جزئیاتی دربارهٔ هندسهٔ منبع به دست آورند.
مسافرخانهٔ فضایی IXPE اولین مأموریت ناسا برای مطالعهٔ پرتوهای ایکس قطبش‌دار ساطع‌شده از اشیای کیهانی افراطی است. این فضاپیما که در سال ۲۰۲۱ پرتاب شد، به‌صورت مدار زمین می‌چرخد و پرتوهای ایکس قطبش‌دار را ثبت می‌کند. از زمان پرتاب، عمدتاً بر روی سوپرنواها، سیاهچاله‌ها و ستاره‌های نوترونی تمرکز داشته است.
مطالعهٔ جدید MIT اولین بار است که از IXPE برای اندازه‌گیری پرتوهای ایکس قطبش‌دار از یک قطب میانی استفاده می‌کند — سامانه‌ای کوچکتر نسبت به سیاهچاله‌ها و سوپرنواها که با این حال به‌عنوان منبع قوی پرتوهای ایکس شناخته می‌شود.
«ما شروع به بحث کردیم که چه میزان قطبش می‌تواند برای درک بهتر آنچه در این نوع سامانه‌ها رخ می‌دهد، مفید باشد؛ چرا که اکثر تلسکوپ‌ها این سامانه‌ها را فقط به‌عنوان یک نقطه در میدان دید خود می‌بینند»، مارشال می‌گوید.
یک قطب میانی به‌نام خود از شدت میدان مغناطیسی ستارهٔ کوتاه‌سفید مرکزی می‌گیرد. وقتی این میدان قوی باشد، مادهٔ ستارهٔ همراه مستقیماً به سمت قطب‌های مغناطیسی ستارهٔ کوتاه‌سفید کشیده می‌شود. اگر میدان بسیار ضعیف باشد، مادهٔ ستاره به‌جای این کار در یک دیسک احتجاز به دور کوتاه‌سفید می‌چرخد و در نهایت مستقیماً بر سطح کوتاه‌سفید می‌افتد.
در مورد یک قطب میانی، فیزیک‌دانان پیش‌بینی می‌کنند که ماده باید به‌صورت الگوی ترکیبی میانی سقوط کند، به‌طوری‌که یک دیسک احتجاز تشکیل می‌دهد که نیز به سمت قطب‌های کوتاه‌سفید کشیده می‌شود.
میدان مغناطیسی باید دیسک مادهٔ ورودی را به‌ارتفاع زیادی برانگیزد، مانند یک چشمهٔ پرانرژی، پیش از آنکه آشغال‌های ستاره‌ای به سمت قطب‌های مغناطیسی کوتاه‌سفید سقوط کنند، با سرعتی به‌میلیون‌ها مایل در ساعت؛ پدیده‌ای که اخترشناسان آن را «پردهٔ احتجاز» می‌نامند.
فیزیک‌دانان گمان می‌کردند که این مادهٔ سقوط‌کننده با مادهٔ قبلاً بلند شده که هنوز به سمت قطب‌ها می‌آید، برخورد می‌کند و ترافیک گازی ایجاد می‌شود. این انباشت ماده ستونی گازی تشک‑الگویی ایجاد می‌کند که دمای آن به ده‌ها میلیون درجه فارنهایت می‌رسد و باید پرتوهای ایکس پرانرژی ساطع نماید.
تصویری از ناحیهٔ داخلی
با اندازه‌گیری هر پرتو ایکس قطبش‌دار ساطع‌شده توسط EX Hydrae، تیم هدف داشتند تصویر قطب میانیی که فیزیک‌دانان فرض کرده بودند را آزمون کنند. در ژانویهٔ ۲۰۲۵، IXPE حدود ۶۰۰٬۰۰۰ ثانیه، معادل حدود هفت روز، دادهٔ پرتوهای ایکس از این سامانه جمع‌آوری کرد.
«با هر پرتو ایکس که از منبع می‌آید می‌توانید جهت قطبش را اندازه‌گیری کنید»، مارشال توضیح می‌دهد. «این داده‌ها را جمع‌آوری می‌کنید؛ همه در زوایا و جهت‌های مختلف هستند که می‌توانید میانگین‌گیری کنید تا درجه و جهت ترجیحی قطبش را به دست آورید.»
اندازه‌گیری‌های آنان درجهٔ قطبش ۸٪ را نشان داد که بسیار بالاتر از پیش‌بینی‌های برخی مدل‌های نظری بود. از این رو پژوهشگران توانستند تأیید کنند که پرتوهای ایکس واقعاً از ستون سامانه ساطع می‌شوند، و این ستون حدود ۲,۰۰۰ مایل ارتفاع دارد.
«اگر بتوانید کمی نزدیک به قطب کوتاه‌سفید بایستید، ستونی از گاز را می‌بینید که به ارتفاع ۲,۰۰۰ مایل به آسمان می‌درخشد و سپس به‌طرفین پخش می‌شود»، گاندرسون می‌گوید.
تیم همچنین جهت قطبش پرتوهای ایکس EX Hydrae را اندازه‌گیری کرد که عمود بر ستون گازی ورودی کوتاه‌سفید بود. این نشان می‌دهد پرتوهای ایکس ساطع‌شده از ستون، پیش از خروج به فضا، از سطح کوتاه‌سفید بازتاب می‌شوند و سپس به سمت تلسکوپ‌های IXPE می‌روند.
«فایدهٔ قطبش پرتوهای ایکس این است که تصویری از ناحیهٔ داخلی و پرانرژی‌ترین این سامانه به ما می‌دهد»، راو می‌گوید. «وقتی با تلسکوپ‌های دیگر می‌نگریم، چنین جزئیاتی را نمی‌بینیم.»
تیم قصد دارد از قطبش پرتوهای ایکس برای مطالعهٔ سایر سامانه‌های کوتاه‌سفید در حال احتجاز استفاده کند، که می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا پدیده‌های کیهانی بزرگ‌تری را بهتر درک کنند.
«نقطه‌ای می‌رسد که مقادیر زیادی ماده از ستارهٔ هم‌پیمان به کوتاه‌سفید می‌تابد که دیگر کوتاه‌سفید نمی‌تواند آن را نگه دارد؛ تمام این ماده فرو می‌ریزد و نوعی سوپرنوا ایجاد می‌کند که در سراسر جهان قابل مشاهده است و می‌تواند برای تخمین‌گیری از ابعاد جهان به کار رود»، مارشال می‌گوید.
«بنابراین، شناخت این سامانه‌های کوتاه‌سفید به دانشمندان کمک می‌کند تا منبع این سوپرنواها را درک کرده و دربارهٔ بوم‌شناسی کهکشان اطلاعات کسب کنند.»
اطلاعات بیشتر: شین ج. گاندرسون و همکاران، «قطبش پرتوهای ایکس در ستارۀ کوتاه‌سفید در حال احتجاز: مطالعه موردی EX Hydrae»، Astrophysical Journal (۲۰۲۵). DOI: 10.3847/1538-4357/ae11b5
اطلاعات مجله: Astrophysical Journal
ارائه‌شده توسط مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT)
این خبر با تشکر از MIT News (web.mit.edu/newsoffice/) بازنشر شده است، سایتی محبوب که اخبار تحقیقات، نوآوری و آموزش‌های MIT را پوشش می‌دهد.
ارجاع: دانشمندان برای اولین بار به ناحیهٔ داخلی یک سامانهٔ کوتاه‌سفید نگاه می‌کنند (۲۰۲۵، ۲۰ نوامبر) دریافت‌شده در ۲۲ نوامبر ۲۰۲۵ از https://phys.org/news/2025-11-scientists-innermost-region-white-dwarf.html
این سند مشمول حق تکثیر است. به‌جز موارد استفاده منصفانه برای مطالعه یا تحقیق شخصی، هیچ‌یک از بخش‌های آن بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوای این سند صرفاً برای اهداف اطلاعاتی ارائه شده است.