نور خیره‌کننده یک نوا: ستاره‌ای مرده که ۱۰۰ برابر خورشید درخشید

یافته‌ها نشان‌دهنده امضاهای شیمیایی غیرمعمولی هستند و بینش‌های جدیدی در مورد رفتار نواخترها فراتر از کهکشان راه شیری ارائه می‌دهند.

در نخستین مطالعه نزدیک به مادون قرمز از یک نواختر تکرارشونده فراتر از کهکشان راه شیری، ستاره‌شناسان دمای فوق‌العاده بالا و امضاهای شیمیایی غیرمنتظره‌ای را کشف کردند که نشان‌دهنده انفجاری به‌شدت قدرتمند است.

انفجارهای نواختر در سیستم‌های دوتایی نیمه‌جدا رخ می‌دهند که شامل یک ستاره سرد از نوع متأخر و یک کوتوله سفید هستند.
“یک کوتوله سفید داغ، با اندازه‌ای مشابه زمین اما جرمی هم‌تراز با خورشید، ماده را از ستاره همراه سرد خود جذب می‌کند”، نی اوانز از دانشگاه کیل توضیح داد. “این ماده روی سطح کوتوله سفید انباشته شده و در نهایت در یک فرایند فرار حرارتی هسته‌ای منفجر می‌شود. این همان انفجار نواختری است.”

بیشتر نواخترها تنها یک‌بار مشاهده شده‌اند، اما تعداد کمی از آن‌ها چندین بار منفجر شده‌اند. این دسته از نواخترها که به نواخترهای تکرارشونده معروف‌اند، فواصل زمانی بین فوران‌هایشان از یک سال تا چندین دهه متغیر است.

“پس از فروکش کردن انفجار، فرایند جذب ماده دوباره آغاز می‌شود و با گذشت زمان، یک انفجار هسته‌ای دیگر رخ می‌دهد و این چرخه ادامه پیدا می‌کند”، اوانز افزود.

کمتر از دوازده نواختر تکرارشونده در کهکشان ما شناسایی شده‌اند، در حالی که تعداد بیشتری از آن‌ها در خارج از کهکشان راه شیری شناخته شده‌اند، به‌ویژه در کهکشان آندرومدا (M31) و چهار مورد نیز در ابر ماژلانی بزرگ (LMC).

معرفی یک نواختر خارق‌العاده

نواختر LMCN 1968-12A (LMC68) که در ابر ماژلانی بزرگ قرار دارد، برای نخستین بار در سال ۱۳۴۶ مشاهده شد. در سال ۱۳۶۸، این نواختر مجدداً در حالت فوران دیده شد، که آن را به اولین نواختر تکرارشونده فراتر از کهکشان راه شیری تبدیل کرد. فوران‌های این نواختر تقریباً هر چهار سال یک‌بار، مانند ساعت، رخ می‌دهند.

“در سیستم‌هایی مانند LMC68، جرمی که در هر انفجار نواختری به بیرون پرتاب می‌شود کمتر از مقدار ماده‌ای است که از ستاره سرد جذب می‌شود”، اوانز توضیح داد. “این بدان معناست که جرم کوتوله سفید به‌تدریج افزایش می‌یابد و در نهایت به یک مقدار بحرانی می‌رسد… مقداری که در صورت عبور از آن، کوتوله سفید دیگر قادر به تحمل وزن خود نخواهد بود و فروپاشی خواهد کرد، که یکی از نتایج احتمالی آن یک انفجار ابرنواختری است.”

پس از فوران LMC68 در سال ۱۳۹۹، رصدخانه Neil Gehrels Swift ناسا ماه‌ها آن را تحت نظر داشت و فوران بعدی را که در مرداد ۱۴۰۳ رخ داد، پیش‌بینی کرد.
“نواختر LMCN 1968-12A تقریباً ۵۰ برابر دورتر از نواخترهای کهکشان راه شیری ما قرار دارد و در نتیجه حدود ۲۵۰۰ برابر کم‌نورتر است”، اوانز گفت. “برای دیدن آن باید از بزرگ‌ترین تلسکوپ‌های موجود استفاده کرد و در اسرع وقت پس از انفجار به آن‌ها دسترسی داشت؛ که این امر ممکن است برنامه‌های دیگر رصدی را مختل کند.”

تحلیل ترکیب شیمیایی یک نواختر منحصربه‌فرد

با ثبت نور نزدیک به مادون قرمز LMC68 برای نخستین بار، تیم ستاره‌شناسان توانستند مرحله فوق‌العاده داغ آن را بررسی کنند، زمانی که بسیاری از عناصر به‌شدت برانگیخته می‌شوند. این مطالعه اطلاعات ارزشمندی در مورد نیروهای شدید عامل انفجار نواختر ارائه داد.

آن‌ها با استفاده از طیف‌سنجی، که روشی برای تحلیل طول موج‌های مختلف نور جذب‌شده و گسیل‌شده در طی فوران است، به این مهم دست یافتند.

این روش به ستاره‌شناسان اجازه می‌دهد عناصر شیمیایی موجود را شناسایی کنند و بفهمند که چگونه تحت تأثیر گرمای شدید نواختر قرار می‌گیرند. این گرما معمولاً اتم‌ها را “یونیزه” یا برانگیخته می‌کند و باعث می‌شود الکترون‌های آن‌ها به سطوح انرژی بالاتر بروند و سپس به حالت اولیه خود بازگردند.

“خطوط نشری زمانی تشکیل می‌شوند که یک اتم یا یون از یک حالت پرانرژی به حالت کم‌انرژی بازگردد”، اوانز توضیح داد. “اختلاف انرژی به‌صورت یک فوتون نور مادون قرمز منتشر می‌شود که یک امضای منحصربه‌فرد از آن اتم یا یون است. این همان روشی است که ما از طریق آن ترکیبات ستارگان را شناسایی می‌کنیم.”

در حالی که مطالعات قبلی از نواخترهای مشابه در کهکشان راه شیری معمولاً امضاهایی از عناصر مختلف موسوم به “فلزات” (هر عنصری غیر از هیدروژن و هلیوم از دیدگاه ستاره‌شناسان) نشان داده‌اند، تیم پژوهشی با مشاهده یک سیگنال بسیار درخشان از یون‌های سیلیکونی که نه بار یونیزه شده بودند، شگفت‌زده شد—فرایندی که نیازمند مقدار عظیمی انرژی است.

“سیلیکون یونیزه‌شده که تقریباً ۱۰۰ برابر درخشان‌تر از خورشید می‌درخشد، بی‌سابقه است”، تام گبال، ستاره‌شناس ارشد NOIRLab و یکی از نویسندگان این پژوهش، بیان کرد. “و در حالی که این سیگنال شگفت‌آور است، چیزی که وجود ندارد نیز تعجب‌آور است.
ما انتظار داشتیم امضاهایی از گوگرد، فسفر، کلسیم و آلومینیوم به‌شدت برانگیخته را نیز ببینیم.”

تیم پژوهشی پیشنهاد می‌دهد که ممکن است غلظت بالای الکترون‌ها در لایه‌های بیرونی نواختر باعث شده باشد که اتم‌های برانگیخته، به‌جای انتشار نور، انرژی خود را از طریق برخوردها از دست بدهند. اما این نظریه به‌تنهایی نمی‌تواند توضیح دهد که چرا خطوط طیفی معمولی که در نور نواخترهای تکرارشونده مشاهده می‌شوند، در این مورد کاملاً غایب هستند.

این موضوع نشان می‌دهد که پدیده‌ای غیرمعمول در LMC68 رخ می‌دهد که آن را از سایر نواخترها متمایز می‌کند.

LMC68 با نواخترهای تکرارشونده کهکشانی تفاوت دارد زیرا به‌نظر می‌رسد ستاره همراه آن دارای مقدار کمتری از عناصر سنگین باشد، پدیده‌ای که در ابر ماژلانی بزرگ رایج است. ستارگان کم‌فلز می‌توانند به انفجارهای نواختری قوی‌تری منجر شوند، زیرا برای آغاز فوران به مقدار بیشتری ماده نیاز دارند.

دمای کرونای فوق‌العاده بالای ۵.۴ میلیون درجه فارنهایت (۳ میلیون درجه سلسیوس) در LMC68 نیز می‌تواند سرنخی برای این رفتار غیرمعمول باشد. دمای بالای گاز کرونایی ممکن است منجر به فرایندی به نام یونش برخوردی شود، که در آن اتم‌ها به‌دلیل برخورد با الکترون‌های پرسرعت، بیش از حد معمول یونیزه می‌شوند.

با توجه به تعداد اندک نواخترهای تکرارشونده شناخته‌شده، پژوهش‌های آینده، به‌ویژه مدل‌سازی‌های دقیق‌تر و مشاهدات در طول‌موج‌های طولانی‌تر، برای تأیید این یافته‌ها ضروری خواهند بود.

این پژوهش در Monthly Notices of the Royal Astronomical Society منتشر شده است.