کشف یک نوع جدید از انفجار کیهانی

به گزارش ایران اکونومیست و به نقل از اسپیس، نمونه‌ای از یک نوع کاملا جدید انفجار کیهانی که به شدت بر بیشتر ابرنواخترها غلبه می‌کند، می‌تواند نتیجه نابودی یک ستاره توسط یک سیاه‌چاله کوچک یا متوسط باشد. این انفجار که «AT۲۰۲۲aedm» نام دارد، توسط ستاره‌شناسان و با استفاده از شبکه تلسکوپ‌های رباتیک «اطلس»(ATLAS) واقع در هاوایی، شیلی و آفریقای جنوبی، در حال ظهور از یک کهکشان قرمز در حدود دو میلیارد سال نوری از زمین مشاهده شد. به سرعت مشخص شده که چنین رویدادی پیشتر دیده نشده است.

«مت نیکول»(Matt Nicholl) اخترفیزیکدان «دانشگاه کوئینز بلفاست»(QUB) گفت: ما همیشه به دنبال چیزهایی هستیم که کمی عجیب و متفاوت با انواع استاندارد ابرنواخترها هستند. AT۲۰۲۲aedm متمایز بود زیرا یکی از درخشان‌ترین انفجارهایی به شمار می‌رفت که تا به حال دیده‌ایم و همچنین، یکی از سریع‌ترین انفجارهایی بود که پس از اوج خود محو شد.

انفجاری که نیکول و گروهش مشاهده کردند، ۱۰۰ برابر بیشتر از یک ابرنواختر معمولی انرژی ساطع کرد. اگرچه ابرنواخترها در طول چند ماه محو می‌شوند اما نیکول خاطرنشان کرد که AT۲۰۲۲aedm تنها در ۱۴ روز محو شد و به یک درصد از روشنایی اولیه خود رسید و پس از آن کاملا ناپدید شد. این بدان معناست که تنها در دو هفته، AT۲۰۲۲aedm به اندازه خورشید در طول عمر ۱۰ میلیارد ساله آن انرژی ساطع کرده است.

جای تعجب نیست که چرا AT۲۰۲۲aedm امواج ضربه‌ای را فرستاد. دانشمندان آن را به عنوان اولین «کولر سریع نورانی»(LFC) تعریف کردند. این نام نشانه‌ای از ویژگی‌های انفجار و همچنین، عشق نیکول و همکارانش به تیم فوتبال لیگ برتر انگلیس، باشگاه فوتبال لیورپول است که با نام اختصاری LFC نیز خوانده می‌شود.

نیکول توضیح داد: من فکر می‌کنم امیدوارکننده‌ترین توضیح برای LFC‌هایی مانند AT۲۰۲۲aedm، مدل‌هایی هستند که نابودی ستارگان توسط یک سیاه‌چاله را شامل می‌شوند.

این نتیجه‌ای بود که نیکول و همکارانش با حذف کردن برخی گزینه‌های اصلی به آن رسیدند.

مظنون‌های غیر عادی

یکی از اولین گام‌هایی که نیکول و دانشمندان دانشگاه کوئین بلفاست باید برمی‌داشتند، حذف کردن برخی از مقصران معمول فجایع کیهانی بود.

این انفجار قبلا مانند یک ابرنواختر ظاهر نمی‌شد زیرا بسیار قوی و بسیار سریع بود اما مکانی که از آن نشات گرفته است نیز به تشخیص دادن این LFC به عنوان یک چیز کاملا جدید کمک کرد.

یکی از رایج‌ترین انواع ابرنواخترها، ابرنواخترهای حاصل از فروپاشی هسته هستند که وقتی سوخت ستارگان بزرگ با جرم بیش از هشت برابر خورشید برای همجوشی هسته‌ای تمام می‌شود، شکل می‌گیرند. هسته ستاره دیگر قادر به مبارزه کردن با جاذبه نیست و در نهایت فرو می‌ریزد. این رویداد، یک سیاه‌چاله یا یک ستاره نوترونی را در قلب بقایای ستاره به جا می‌گذارد.

نیکول توضیح داد: AT۲۰۲۲aedm نمی‌تواند یک ابرنواختر معمولی با فروپاشی هسته باشد زیرا کهکشانی که در آن دیده می‌شود، فقط ستاره‌های قدیمی کم‌جرم را در خود جا داده است. جرم آن بیشتر از هشت برابر خورشید نیست و این همان چیزی است که برای به دست آوردن یک ابرنواختر به آن نیاز دارید.

یک انفجار فضایی رایج دیگر، «ابرنواختر نوع یکم ای»(Type-Ia supernova) است و زمانی اتفاق می‌افتد که بقایای ستاره‌ای به نام کوتوله‌ سفید، ماده را از ستاره همراه جدا می‌کند. این جداسازی ماده، کوتوله سفید را منحرف می‌کند اما رویدادها یک خروجی یکنواخت را از تابش به وجود می‌آورند. به همین دلیل، ستاره‌شناسان آنها را «شمع‌های استاندارد» می‌نامند و از آنها برای اندازه‌گیری دقیق فواصل کیهانی استفاده می‌کنند.

با وجود این، AT۲۰۲۲aedm اصلا شبیه آنها نیست. این موضوع باعث شد که گروه روی سیاه‌چاله‌ها تمرکز کنند.

سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم

رویدادهایی که در آنها سیاه‌چاله‌ها، ستاره‌ها را می‌شکافند و سپس با بقایای ستاره‌ها جشن می‌گیرند، نادر هستند اما ناشناخته نیستند. ستاره‌شناسان نمونه‌های زیادی را از این به اصطلاح «رویدادهای اختلال جزر و مد»(TDEs) و همچنین، نور ساطع‌ شده از رویدادهای خشونت‌آمیز مشاهده کرده‌اند.

رویدادهای اختلال جزر و مد معمولا زمانی اتفاق می‌افتند که یک ستاره بیش از اندازه به یک سیاه‌چاله بزرگ در قلب کهکشان نزدیک می‌شود. این سیاه‌چاله می‌تواند میلیون‌ها یا حتی میلیاردها برابر خورشید ما جرم داشته باشد. تأثیرات گرانشی سیاه‌چاله‌های هیولا، نیروهای جزر و مدی بزرگی را در سوژه‌های ستاره‌ای آنها ایجاد می‌کند، اجسام ستاره‌ای را کشیده و فشرده می‌سازد و آنها را در فرآیندی به نام «اثر اسپاگتی»(Spaghettification) از هم جدا می‌کند.

با وجود این، نیکول و همکارانش بلافاصله متوجه شدند این LFC نمی‌تواند نتیجه هر اختلال جزر و مدی باشد که توسط یک سیاه‌چاله کلان‌جرم هدایت می‌شود. این تا اندازه‌ای به دلیل جایی است که به نظر می‌رسد LFC از آن سرچشمه می‌گیرد. سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم در قلب کهکشان‌ها قرار دارند و نیکول گفت AT۲۰۲۲aedm دور از مرکز کهکشان اصلی خود دیده می‌شود. این بدان معناست که یک سیاه‌چاله کوچکتر (نه در قلب کهکشان) می‌تواند مسئول پدید آمدن این LFC باشد.

نیکول ادامه داد: اگر سیاه‌چاله‌ای با جرم کمتر داشته باشید که در محیطی متراکم با تعداد زیادی ستاره قرار داشته باشد و یکی از آن ستاره‌ها بسیار به سیاه‌چاله نزدیک شود، حتی یک سیاه‌چاله ستاره‌ای با جرم ۱۰ تا ۱۰۰ برابر خورشید همچنان می‌تواند یکی از ستاره‌ها را از هم بپاشد و آن را ببلعد.

نیکول اضافه کرد که او و گروهش هنوز مظنون جالب‌تری را رد نکرده‌اند.

این احتمال وجود دارد که LFC کار یک سیاه‌چاله با جرم متوسط باشد که از نظر ابعاد بین «سیاه‌چاله‌های ستاره‌وار»(Stellar black hole) و سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم قرار دارد و دارای جرمی بین ۱۰۰ تا چند هزار برابر خورشید است.

این یک چشم‌انداز وسوسه‌انگیز است؛ نه تنها به این دلیل که سیاه‌چاله‌های با جرم متوسط گریزان مانده‌اند، بلکه به این دلیل که مطالعه کردن آنها می‌تواند به توضیح دادن چگونگی رشد سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم و رسیدن به چنین اندازه‌های ترسناکی در اوایل تاریخ کیهانی کمک کند.

نیکول گفت: انتظار می‌رود سیاه‌چاله‌های جرم متوسط، ستاره‌ها را ببلعند و لازم نیست که در مرکز کهکشان‌ها باشند زیرا یک سیاه‌چاله بزرگ‌تر ممکن است آنها را از مرکز دور کند. LFCها می‌توانند با سیاه‌چاله‌های جرم متوسط مرتبط باشند و اگر چنین باشد، روش جدیدی برای یافتن سیاه‌چاله‌های اندازه متوسط در اختیار ما قرار می‌گیرد.

وی افزود: این احتمالا مهم‌ترین کاری است که می‌توانید انجام دهید تا بفهمید سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم چقدر بزرگ شده‌اند.

این گروه پژوهشی قبلا پیشرفت قابل توجهی را در تحقیقات LFC خود داشته‌اند و در داده‌های بایگانی جستجو کرده‌اند تا دو پرونده باز را پیدا کنند که با AT۲۰۲۲aedm مطابقت داشته باشند و نشان بدهند این گروه از انفجارهای کیهانی قوی قبلا دیده شده‌اند اما در داده‌ها مدفون شده و احتمالا از دست رفته‌اند.

گام بعدی نیکول، بررسی خوشه‌های کروی است که گروهی فوق‌العاده متراکم از ستارگان هستند و می‌توانند شرایط مورد نیاز را برای سیاه‌چاله‌های کوچک یا متوسط فراهم کنند تا یک ستاره را از بین ببرند و یک LFC را بسوزانند.

حتی اگر این جستجو موفقیت‌آمیز باشد، بعید است که هیجان کشف کردن چیزی کاملا جدید برای نیکول کاهش یابد. وی افزود: ما مدت‌های طولانی به آسمان نگاه کرده‌ایم و گاهی اوقات مردم ممکن است فکر کنند ما تمام آنچه را که باید در آنجا ببینیم، دیده‌ایم. من معتقدم چنین چیزهایی واقعا هیجان‌انگیز هستند زیرا به ما یادآوری می‌کنند که جهان هنوز شگفتی‌های زیادی را در خود دارد. وقتی یک تلسکوپ جدید بسازیم، چیزهای جدیدی را پیدا خواهیم کرد و این به ما کمک می‌کند تا جهان خود را بهتر درک کنیم.

این پژوهش در «The Astrophysical Journal Letters» به چاپ رسید.