رویداد نادر: ستاره‌ای دور همزمان با انفجار، سیاه‌چاله همدمش را بلعید
برهم‌کنش میان ابرنواخترها و سیاه‌چاله‌ها باید فوق‌العاده نادر باشد.
دو تا از شگفت‌انگیزترین پدیده‌های طبیعت در کنار هم نمایشی منحصربه‌فرد پدید آوردند: زمانی که یک ابرنواختر در حال انفجار تلاش کرد سیاه‌چالهٔ همدمش را ببلعد. اما پیش از آن‌که این اتفاق بیفتد، فشار گرانشی سیاه‌چاله، انفجار ستاره را برانگیخت.
اعتبار تصویر: Melissa Weiss / CfA
اما این تنها توضیح برای یک انفجار بسیار عجیب است که توسط تأسیسات گذرای زویکی (ZTF) کشف شد. در ژوئیه ۲۰۲۳، ZTF سیگنال‌های نوری عجیبی را در فاصله‌ای حدود ۷۳۰ میلیون سال نوری از زمین مشاهده کرد و هوش مصنوعی به ستاره‌شناسان کمک کرد تا بفهمند دقیقاً با چه چیزی روبه‌رو هستند.
ZTF آسمان را برای یافتن اجرام گذرا که در روشنایی تغییر می‌کنند، اسکن می‌کند. این یک پیمایش خودکار است که هر زمان رخداد مهمی را شناسایی کند، هشدار می‌فرستد. در سال ۲۰۲۳، یک الگوریتم جدید هوش مصنوعی این کشف را ممکن کرد و به محض مشاهده، ZTF ستاره‌شناسان را آگاه ساخت. پیگیری‌های رصدی به‌سرعت آغاز شد، که حیاتی است، زیرا تغییرات مداوم در طول زمان به اخترفیزیک‌دانان کمک می‌کند بفهمند دقیقاً چه می‌بینند.
این انفجار با نام SN 2023zkd شناخته شد و تا زمان فروکش کردن آن، چندین تلسکوپ موفق به رصدش شدند.
مقاله‌ای در نشریه The Astrophysical Journal این کشف را توضیح می‌دهد و نشان می‌دهد اخترفیزیک‌دانان چگونه منشأ آن را تعیین کردند. عنوان مقاله چنین است:
SN2023zkd با دایرهٔ قرمز مشخص شده است. کهکشان میزبان آن PS0 J154847.495+091200.90 است و فاصله‌ای حدود ۸۱۵ میلیون سال نوری دارد. اعتبار تصویر: Gagliardi و همکاران، ۲۰۲۵، ApJ
نویسندگان نوشتند:
«ما مشاهدات فرابنفش تا فروسرخ از ابرنواختر خارق‌العاده SN 2023zkd (نوع IIn) را ارائه می‌کنیم.» داده‌های بایگانی برای این ناحیه از سال‌ها پیش وجود داشت و نشان داد که این ابرنواختر حدود ۴ سال پیش از کشف، تابش‌های مداوم و درخشانی داشته و در سال آخر خود نیز افزایش تدریجی روشنایی را تجربه کرده است. پس از کشف، این ابرنواختر دو اوج روشنایی مشابه با فاصله حدود ۲۴۰ روز نشان داد.
این شکل فوتومتری SN2023zkd را از چندین تلسکوپ و رصدخانه نشان می‌دهد. نویسندگان می‌نویسند: «داده‌ها هم تابش پیش‌درآمد طولانی‌مدت و هم دو اوج روشنایی برجسته پس از انفجار را نشان می‌دهند.» فاصله‌ای در مشاهدات به دلیل فصل و جلوگیری خورشید از رصد ایجاد شده است. منحنی نور پس از کشف به مدت ۶۲ روز افزایش یافت، پس از بازنمایی از پشت خورشید روشن‌تر شد، سپس به مدت ۱۷۰ روز کاهش یافت. ۸۵ روز پس از اولین حداقل، روشنایی به‌طور چشمگیری افزایش یافت. یک دوره کاهش دیگر نیز رخ داد قبل از آن‌که دوباره پشت خورشید پنهان شود. اعتبار تصویر: Gagliardi و همکاران، ۲۰۲۵، ApJ
چنین افزایش طولانی‌مدت در روشنایی پیش از انفجار، برای یک ابرنواختر عادی نیست.
پژوهشگران چندین توضیح را بررسی کردند. یکی از گزینه‌ها فروپاشی هستهٔ یک ستارهٔ پرجرم منفرد بود. SN 2023zkd نشانه‌هایی از یک ستاره آبی درخشان متغیر یا یک ستاره ولف–رایه غنی از کربن داشت؛ هر دو ستاره‌های پرجرم و تکامل‌یافته‌اند که معمولاً به صورت ابرنواختر منفجر می‌شوند، اما هیچ‌یک تطابق کامل نداشتند. همچنین احتمال گذار یک ستاره ولف–رایه غنی از هیدروژن به یک ستاره آبی متغیر درخشان مطرح شد، که آن هم رد گردید.
سرانجام آن‌ها نتیجه گرفتند که SN 2023zkd احتمالاً یک ابرنواختر ناشی از ادغام دوتایی است. پیش از انفجار، ابرنواخترها موادی به اطراف خود پرتاب می‌کنند و پژوهشگران معتقدند بخشی از آنچه دیده شد، برخورد موج انفجار با این مواد بوده که باعث اوج نخست نور شده است. اوج دوم و دیرتر، ناشی از برخورد طولانی‌تر و کندتر با یک ابر دیسکی‌شکل و متراکم بود. این ابر، همراه با رفتار نامنظم ستاره پیش از انفجار، نشانهٔ قوی‌ای از وجود تنش‌های گرانشی شدید است؛ تنش‌هایی که از حضور یک همدم پرجرم و فشرده یعنی یک سیاه‌چاله ناشی می‌شوند.
گالیانو در بیانیه‌ای گفت:
«تحلیل ما نشان می‌دهد که این انفجار توسط یک برخورد فاجعه‌بار با سیاه‌چالهٔ همدم جرقه زده شد، و این قوی‌ترین مدرک تاکنون است که چنین برهم‌کنش‌های نزدیکی می‌توانند واقعاً یک ستاره را منفجر کنند. سیستم یادگیری ماشینی ما SN 2023zkd را ماه‌ها پیش از بروز رفتارهای غیرعادی‌اش شناسایی کرد و همین فرصت کافی برای رصدهای حیاتی فراهم ساخت.»
پژوهشگران همچنین این احتمال را بررسی کردند که سیاه‌چاله، ستاره را پیش از انفجار به‌طور کامل نابود کرده باشد و هنگامی که بقایا به قرص برافزایشی سیاه‌چاله سقوط کرده‌اند، تابش‌هایی شبیه به ابرنواختر تولید شده است. در هر دو حالت، سیاه‌چاله‌ای در پایان باقی می‌ماند.
همکار دیگر، وی. اشلی ویلار از دانشگاه هاروارد گفت:
«SN 2023zkd برخی از آشکارترین نشانه‌هایی را دارد که تاکنون از برهم‌کنش یک ستارهٔ پرجرم با همدمش در سال‌های پیش از انفجار دیده‌ایم. ما فکر می‌کنیم این رویداد بخشی از یک رده پنهان از انفجارهاست که هوش مصنوعی در کشف آن‌ها نقش اساسی خواهد داشت.»
این تصویر روند تکامل سامانه دوتایی مرتبط با SN2023zkd را توضیح می‌دهد. ابتدا، بین ۱ تا ۵ سال پیش از کشف، دو فوران قطبی پیش‌ازادغام رخ داد که هرکدام حدود ۲ برابر جرم خورشید را از سامانه پرتاب کردند و موجب نوسانات فوتومتریک مشاهده‌شده شدند. در سال نهایی پیش از کشف، تجمع مادهٔ فراری باعث فشرده‌تر شدن سامانه دوتایی شد و افزایش اولیه در روشنایی فوتومتریک را ایجاد کرد. این افزایش می‌تواند ناشی از افزایش تجمع ماده بر روی سیاه‌چاله یا یک فوران از ستاره باشد. سپس، اولین اوج فوتومتریک رخ می‌دهد، زمانی که ستاره اصلی با سیاه‌چاله ادغام شده و منفجر می‌شود. مواد پرتاب‌شده به پوسته قطبی غنی از هلیوم نخست برخورد کرده و اوج اول نور را ایجاد می‌کنند. در نهایت، برهم‌کنش‌ها با پوسته قطبی دوم باعث ایجاد اوج دوم منحنی نور می‌شوند، قبل از آن‌که پوستهٔ برهم‌کنش ابرنواختر به لبه مواد قطبی بیرونی برسد و روشنایی به سرعت کاهش یابد. اعتبار تصویر: Gagliardi و همکاران، ۲۰۲۵، ApJ
به گفتهٔ نویسندگان، ویژگی‌های مشاهده‌شده نشان می‌دهند که این انفجار حاصل ادغام یک ستاره با جرم ۳۰ برابر خورشید با یک سیاه‌چالهٔ ۱۰ برابر خورشید بوده است؛ انفجاری که پس از سال‌ها انتقال ناپایدار جرم رخ داد. با این حال، هنوز پرسش‌هایی در مورد جزئیات این ادغام و انفجار باقی است.
آن‌ها نوشتند:
«ما بر پایش چندطولی‌موجی این انفجار تأکید داریم تا ویژگی‌های محیط پیرامونی و نیز وقوع یک فروپاشی هسته‌ای و منشأ دوتایی آن را تأیید کنیم. با آغاز پیمایش Legacy Survey of Space and Time توسط رصدخانه ورا روبین در سال ۲۰۲۵، انتظار می‌رود سالانه حدود ۱۰۰ هزار ابرنواختر نوع IIn شناسایی شود.»
گالیانو افزود:
«این کشف نشان می‌دهد مطالعهٔ چگونگی برهم‌کنش ستاره‌های پرجرم با همدمانشان در واپسین لحظات عمرشان تا چه حد مهم است. مدت‌هاست می‌دانیم که بیشتر ستاره‌های پرجرم دوتایی هستند، اما دیدن لحظه‌ای که یکی از آن‌ها درست پیش از انفجار جرمش را به همدم خود منتقل می‌کند، به‌غایت نادر است.»
رصدخانهٔ ورا روبین در آینده به جستجوی ابرنواخترها در آسمان شب خواهد پرداخت و هوش مصنوعی بخش مهمی از این جستجو خواهد بود. هوش مصنوعی تصاویر را در لحظه پردازش می‌کند و اجرام گذرا را شناسایی و دسته‌بندی می‌کند. Pan-STARRS نیز در این جستجو مشارکت خواهد داشت و از هوش مصنوعی استفاده خواهد کرد. نتیجهٔ این کار، سیلی از کشفیات و پیگیری‌های رصدی خواهد بود. پژوهشگران در مقاله نوشتند:
«الگوریتم‌هایی که برای شناسایی این گذراهای طولانی‌مدت و دوباره‌درخشان طراحی شده‌اند، نقشی حیاتی در شناخت کامل رویدادهای برهم‌کنشی ایفا خواهند کرد.»
گالیانو در پایان گفت:
«اکنون وارد دوره‌ای شده‌ایم که می‌توانیم این رویدادهای نادر را در همان لحظه وقوع کشف کنیم، نه صرفاً پس از آن. این بدان معناست که می‌توانیم سرانجام نقطه‌ها را به هم وصل کنیم و بفهمیم یک ستاره چگونه زندگی می‌کند و چگونه می‌میرد؛ و این واقعاً هیجان‌انگیز است.»
دانشجوی دکتری ژئوفیزیک گرایش لرزه شناسی هستم. ژئوفیزیک به بررسی ابعاد زمین و اتفاقاتی مانند زلزله و لرزه هایی که توسط فعالیت انسان به‌وجود می‌آید، می پردازد. فعالیت در حوزه زمین و فضا از علاقه مندی ام است.
