امواج ناگهانی به انفجارهای ستاره ای نور می بخشند

انرژی هسته ای گرمایشی، موجب بروز گونه ای از انفجارات ستاره ای می شود که به عنوان نواختر کلاسیک شناخته می شوند. در حال حاضر تحقیقات جدید، مکانیزم های علل این انفجارها را که موجب نورانی شدن آنها می شوند، تشریح می کنند.

از زمان های دور، رصد کنندگان آسمان شب، گاه و بی گاه متوجه ستاره ای نوظهور در صور فلکی می شده اند که تنها پس از گذشت هفته ها یا ماه ها ناپدید می شد. چنین رویدادی به عنوان نووا یا نواختر شناخته می شود.

هنگامی که یک کوتوله سفید در یک سیستم دوتایی، مقدار زیادی گاز هیدروژن از ستاره همدم اش دریافت می کند، مانند یک طعمه آن را دربرمی‌گیرد و خفه می کند. پوشش گاز ربوده شده به اندازه کافی متراکم می شود به طوری که اتم های هیدروژن شروع به آمیختن با هم می کنند که راه گریزی برای انفجار هسته ای گرمایشی فراهم می شود. این انفجار یک توفان آتش مشتعل از نور ایجاد میکند، یک نواختر.

اما تعدادی از این اجسام در فاصله بسیار زیادی از زمین قرار گرفته اند که شاید این فاصله قدرت کافی برای توضیح چگونگی پدید آمدن نور شدید را در اختیار ما قرار نمی دهد. مکانیزم های دیگری باید به مانند شمع اضافی به این کیک اضافه شوند!

در برخی موارد، این نواختر ممکن است از بمب های ادغامی با سایز استاندارد سیاره ای نورانی تر باشد. چنین رخدادهای به هم مرتبطی را ابرنواختر فوق نورانی می نامند (با ابرنواختر اشتباه نشود). اخترشناسان قادر به توضیح آنها نبودند، تا زمانی که در حال حاضر پژوهشی تازه که در نسخه ی ماه سپتامبر مجله نیچر نجوم منتشر شده است این بحث را مطرح کرد که در یک ابرنواختر فوق نورانی، منبع انرژی هسته ای گرمایشی، برخورد های بین امواج گاز های در حال فرار را هدایت می کند و آنها را به سمت آزاد کردن ناگهانی انرژی شان سوق می دهد.

کوان کوک لی (از دانشگاه میشیگان) به همراه همکارانش، از تلسکوپ فرمی فضایی اشعه گاما به منظور مشاهده ی نشر قدرتمند اشعه گاما از یک نواختر به نام ASASSN-16ma  استفاده کردند که به طور همزمان در نور مرئی می درخشد. تنها توضیح قابل پذیرش برای اشعه های پر انرژی این است که پوسته های جسم با سرعت های متفاوتی به یکدیگر ضربه می زنند و همان طور که این کار را انجام می دهند، نور مرئی ساطع می کنند.

بر اساس یافته های محققان، در حالی که نواختر از بین می رود، پوشش بیرونی گاز حول کوتوله سفید پف می کند و به اتمسفر حجیم تری تبدیل می شود. سپس همان طور که ستاره ی کوتوله سفید پیچ می خورد، موج دوم ماده را از سطحش هدایت می کند که لایه در جهت خلاف گاز قبلی مطرود حرکت می کند. برخورد به جسم شوک وارد می کند و آن را وادار به سرعت گرفتن و اشتعال می کند. این شوک انرژی اضافی است که ستاره شناسان آن را در نشر اشعه گاما به صورت نور مرئی ناخواسته مشاهده کردند.

محققان از فرمی برای کشف چندین اشعه گامای منتشر شده از نواختر از سال 2010 استفاده می کردند، اما این رویدادها به اندازه کافی پر نور نبودند تا اخترشناسان متوجه نور مرئی نواختر که حاصل نشر اشعه گاما است بشوند.

چیزی که این مشاهدات را منحصر به فرد می کند این است که ASASSN-16ma  در هر دو طول موج های مرئی و اشعه گاما می درخشد، بنابراین فعالیت آن بسیار بهتر به تصویر کشیده می شود.

تحقیقات بریان متزگر (از دانشگاه کلمبیا) پیش بینی کرده بود که فعالیت اشعه گامای نواختر بر اساس رویدادی که در نور مرئی اتفاق افتاد، احتمالا موازی است. او در سال 2014 این نظریه را مطرح کرد که اکثر نشر نور مرئی نواختر، پیش تر از شوک هایی که به آن وارد می شود سرچشمه می گیرد تا اشتعال هسته ای آن.

نتایج جدید این نظریه را تأیید می کنند. "حقیقت این است که ما نشر اشعه گاما و نور مرئی را می بینیم که برای ربایش یکدیگر ظاهر می شوند و به احتمال قوی هر دو از یک منبع سرچشمه می گیرند. متزگر افزود: "از زمانی که ما دریافتیم اشعه های گاما باید از امواج ناگهانی تولید شده به هنگام برخورد لایه های مختلف ساطع شوند، این نظریه بازخورد بیشتری نسبت به قبل داشته است."

این یافته ها تنها فقط راز و رمز ابرنواخترهای فوق نورانی را مطرح نکردند بلکه آنها روشی برای فهم دیگر احتمالات اخترفیزیکی انفجارها که از امواج ناگهانی نشأت می گیرند  پیشنهاد کردند، مانند ابرنواختر فوق نورانی که هنگامی که ستاره های سنگین یا بیگانه به انتهای عمر خود می رسند به وجود می آیند.

لورا چوموک، نویسنده، (از دانشگاه میشیگان): "این ابرنواخترهای فوق نورانی بسیار دور و غیرقابل مشاهده هستند و به سختی می توان جزئیات آنها را بررسی کرد." او افزود: "از روی دیگر، بر اساس دانش نجومی  ما، نواختر در طول یک سال حدود 50 بار منفجر می شود."

این نمودار نشرهای اشعه گاما (فلش های مشکی) و نور مرئی (دایره های آبی) ازASASSN-16ma  را نشان می دهد. هر دو نشر در طول موج های بلند یک دیگر را می ربایند.
بر اساس یافته های کوان لوک لی

اخترشناسان آماتور تکه ای کلیدی از پازل را ارائه می کنند

لی و همکارانش با تکیه بر انجمن تمام اقشار ستاره شناس آمریکا (AAVSO) از مشاهدات نور مرئی در این تحقیق استفاده کردند.

این انجمن خیریه به منجمان آماتور کمک می کند که اهداف و مشاهدات متغیری که متخصصان رشته نجوم وقت یا منابع کافی برای بررسی آنها ندارند را مشاهده و درک کنند. انجمن این داده ها را برای مطالعه و تحقیق دسته بندی و حفظ می کند.

در موردASASSN-16ma ، جسم ابتدا توسط تمام سرورهای اتوماتیک آسمان برای رصد ابرنواختر (ASASSN) کشف شد که بی درنگ برای انجمن اخترشناسان آمریکا به منظور انجام مشاهدات فرستاده شد. عضو انجمن اختر شناسان آمریکا، پاول لوکاس که در مطالعات اخیر همکاری داشته، اظهار داشت:

"داده های طیف دریافت شده مشخص می کند که جسم مورد مطالعه یک نواختر است." این اطلاعات نویسندگان را قادر ساخته است که به مشاهدات زمانی فرمی دست پیدا کنند.

خمیدگی های نور مرئی باید به تنهایی مورد مطالعه و بررسی قرار بگیرد. همچنین منجمان باید  به این توانایی برسند که بتوانند با نشرهای اشعه گاما یک هم ترازی بین مطالعات و یافته ها برقرار کنند. چومیک: "ما بدون مشاهدات انجمن اخترشناسان آمریکا قادر به بیان این جزئیات و مطالعات نبودیم."

 

منابع:

Kwan-Lok Li et al. “A Nova Outburst Powered by Shocks.” Nature Astronomy, September 2017.

Ackermann et al. “Fermi Establishes Classical Novae as a Distinct Class of Gamma-Ray Sources.” Science, August 2014.

Metzger et al. “Shocks in nova outflows. I. Thermal emission.” MNRAS, June 2014