دانشمندان لحظه‌ای را که سوپرنوا ستاره‌اش را می‌پاره، برای اولین بار به‌صورت خیره‌کننده ثبت شد
برای اولین بار، دانشمندان شکل جبههٔ شاک یک سوپرنوا را هنگامی که از سطح یک ستارهٔ در حال مرگ عبور کرد، تعیین کردند.
سوپرنوا SN 2024ggi که در آوریل ۲۰۲۴ به‌طور استثنایی زود شناسایی شد و از فاصلهٔ ۲۳٫۶ میلیون سال نوری مشاهده شد، به‌مدت کوتاهی شکل بیضی‌مانند و شبیه زیتونی نشان داد؛ پیش از اینکه جبههٔ شاک آن با مادهٔ پیرامونی برخورد کند. این مشاهده برخی از خلاهای موجود دربارهٔ مراحل اولیهٔ تکامل سوپرنوا را پر می‌کند.
اگر این رویداد یک روز پس از آن کشف می‌شد، این جزئیات واضح نمی‌شدند؛ که به‌وضوح ارزش علمی شناسایی زودهنگام سوپرنوا، سرعت واکنش در به‌کارگیری تجهیزات برای تمرکز بر منبع، و اهمیت به‌کارگیری روش‌های مختلف مشاهده‌ای را نشان می‌دهد.
مرتبط: قوی‌ترین انفجار فضایی که تاکنون دیده شده، یک پیچش شگفت‌انگیز را فاش می‌کند
«ژئومتری انفجار یک سوپرنوا اطلاعات اساسی دربارهٔ تکامل ستاره‌ای و فرآیندهای فیزیکی که به این نمایش‌های کیهانی منجر می‌شوند را فراهم می‌کند»، می‌گوید یی یانگ، اخترفیزیک‌دان دانشگاه تسینگهوا در چین، که به‌عنوان نویسندهٔ اول مقالهٔ جدید توصیف‌کنندهٔ SN 2024ggi مشارکت داشته است.
مرگ یک ستارهٔ پرجرم فرآیند پیچیده‌ای است که با کمبود سوخت قابل احتراق در هستهٔ آن آغاز می‌شود. ستارگان تعادل حساسی را حفظ می‌کنند: در هستهٔ خود، اتم‌های سبک را ترکیب می‌نمایند تا عناصر سنگین‌تر بسازند — هیدروژن به هلیوم و به همین ترتیب. چون محصولات این همجوشی وزن کمتری نسبت به عناصر اولیه خود دارند، جرم اضافه به انرژی تبدیل می‌شود که فشار بیرونی لازم برای پایداری ستاره را تأمین می‌کند.
برای ستارگانی که جرمشان از یک حد معین بالاتر است، سال‌ها ترکیب عناصر سبک به سنگین‌تر در نهایت هستهٔ آن‌ها را پر از آهن می‌کند — نقطهٔ پایان همجوشی. از آنجایی که ساختن عناصری سنگین‌تر از آهن انرژی بیشتری نسبت به انرژی آزاد شده می‌طلبد، هسته دیگر نمی‌تواند فشار بیرونی لازم برای حفظ پایداری ستاره را ایجاد کند. این همان نقطهٔ آغاز سوپرنوا است.
نتیجه، فروپاشی ستاره است؛ موجی شاکی شکل می‌گیرد که به سمت مرکز حرکت می‌کند؛ سپس این موج بازتاب می‌شود و به‌صورت فورانی به بیرون می‌زند، و از لایهٔ بیرونی ستاره عبور می‌کند.
پیش از اینکه این موج شاکی با گازهای آرام‌تری که ستاره در سده‌های پیش از مرگ خود ریخته بود، برخورد کند، یک بازهٔ زمانی بسیار کوتاه وجود دارد.
این بازهٔ کوتاه فاز شکست‌شوک (shock‑breakout) است — لحظه‌ای که موج شاکی از سطح ستاره عبور می‌کند، که بلافاصله توسط یک درخشندگی نور همراه می‌شود که در عرض چند ساعت کم می‌شود.
ستاره‌شناسان این پدیده را در طول سال‌ها چندین بار با سطوح جزئی مختلف ثبت کرده‌اند. نکتهٔ برجسته در مشاهدات جدید SN 2024ggi استفاده از اسپکتروپولاریمتری با تلسکوپ بسیار بزرگ (VLT) سازمان اروپایی رصدخانه جنوبی است — تکنیکی که پلاریزاسیون نور را در بازه‌ای از طول موج‌ها می‌سنجد.
«اسپکتروپولاریمتری اطلاعاتی دربارهٔ هندسهٔ انفجار فراهم می‌کند که سایر انواع مشاهده نمی‌توانند به‌دلیل مقیاس‌های زاویه‌ای بسیار کوچک، ارائه دهند»، توضیح می‌دهد لیفان وانگ، ستاره‌شناس دانشگاه تگزاس A&M.
محققان تنها ۲۶ ساعت پس از کشف SN 2024ggi، مشاهدات اسپکتروپولاریمتری از تکامل آن را آغاز کردند و به‌طور مستمر در طی چند روز ادامه دادند. به‌طوری شگفت‌انگیز، این مشاهدات فاز شکست‌شوک را ثبت کردند و نشان دادند که موج شاکی نه به‌صورت کروی، بلکه به‌صورت یک شکل بیضی‌مانند (شبیه زیتون یا توپ فوتبال) در امتداد یک محور ترجیحی کشیده شده است.
«اولین مشاهدات VLT فاز را ضبط کردند که در آن ماده‌ای که توسط انفجار در نزدیکی مرکز ستاره تسریع می‌شد، از سطح ستاره عبور کرد»، می‌گوید دیترچ بااده، ستاره‌شناس رصدخانهٔ جنوبی اروپا. «به‌مدت چند ساعت، هندسهٔ ستاره و انفجار آن می‌توانست، و در واقع، به‌صورت هم‌زمان مشاهده شود.»
با ادامه تکامل سوپرنوا، ستاره‌شناسان این شکل را دوباره در مادهٔ غنی از هیدروژن که به‌صورت انبساطی به بیرون پرتاب می‌شد، مشاهده کردند. این نشان می‌دهد که شکل فاز شکست‌شوک تصادفی نیست، بلکه توسط یک مکانیزم بزرگ‌مقیاس هدایت می‌شود که محور ترجیحی واضح را از مراحل اولیه تا تکامل‌های بعدی حفظ می‌کند.
اما هنگامی که موج شاکی به مادهٔ پیشین که ستاره در سده‌های پیش از سوپرنوا به فضا رها کرده بود، نفوذ کرد، محور ترجیحی تغییر کرد — که نشان می‌دهد مادهٔ پیرامونی جهت‌گیری متفاوتی نسبت به محور خود انفجار داشته است.
معنی دقیق این موضوع هنوز روشن نیست، اما یک احتمال این است که ستاره (یا پیش از مرگ) یک همراه دوستاره‌ای داشته باشد که اثر گرانشی آن شکل‌گیری مرگش را تحت‌تأثیر قرار داده است.
این واقعاً شگفت‌انگیز است که بتوان از فاصلهٔ ۲۳٫۶ میلیون سال نوری چنین چیزی را استنتاج کرد.
این پژوهش در نشریه Science Advances منتشر شده است.