این تعادل ظریف باعث میشود ستارگان در طول عمرشان پایدار و کروی باقی بمانند. اما وقتی که ستاره ذخیره سوخت هستهای خود را تمام میکند، این تعادل برهم میخورد. هسته شروع به فروریزش گرانشی میکند، در حالی که لایههای بیرونی ستاره نیز به سمت داخل فرو میریزند و سپس در واکنشی شدید به بیرون بازمیگردند. در ستارگان بسیار پرجرم، این فرایند به انفجاری عظیم یعنی «ابرنواختر» میانجامد؛ انفجاری که لایههای بیرونی ستاره را با قدرتی غیرقابل تصور به فضا پرتاب کرده و ماده را در فضای میانستارهای پراکنده میکند. این پراکندگی مواد، بخش مهمی از چرخهی کیهانی ایجاد عناصر و شکلگیری ستارگان و سیارات جدید است.
در بخشی بسیار کوتاه از این فرایند، شکل اولیهی «برونزدگی» یا همان لحظهی نخستین انفجار قابل مشاهده است؛ مرحلهای که شوک ناشی از انفجار تازه به سطح ستاره رسیده اما هنوز با محیط اطراف برخورد نکرده است. مشاهدهی این مرحله بسیار دشوار است، زیرا تنها در چند ساعت رخ میدهد و نیازمند ابزارهایی فوقالعاده حساس است. با این حال، گروهی از اخترشناسان با استفاده از تلسکوپ بسیار بزرگ رصدخانه جنوبی اروپا (VLT) و تکنیکی پیشرفته به نام «طیفسنجی قطبشنگار» (spectropolarimetry) توانستهاند این مرحله را برای نخستینبار در تاریخ علم ثبت کنند. آنها با رصد ابرنواختر SN 2024ggi ـ که در فاصلهای حدود ۲۲ میلیون سال نوری در کهکشان NGC 3621 و در صورتفلکی مار (Hydra) قرار دارد ـ اطلاعاتی در مورد هندسه و شکل اولیهی انفجار بهدست آوردند که تاکنون هیچ ابزاری قادر به ثبت آن نبوده است.
سرپرست این پژوهش، «یی یانگ» (Yi Yang)، استادیار دانشگاه تسینگهوا در پکن است. او به همراه پژوهشگرانی از رصدخانه جنوبی اروپا، مؤسسه سینتیا وودز میچل برای فیزیک بنیادی و اخترشناسی، مؤسسهها و دانشگاههای برجسته از جمله ویزمن، INAF، رصدخانه جمینی، و مراکز معتبر دیگر این پروژه را پیش برده است. نتایج این پژوهش در مقالهای در نشریه Science Advances منتشر شده است.
همانگونه که از نام آن برمیآید، طیفسنجی قطبشنگار ترکیبی از طیفنگاری و قطبشسنجی است و امکان اندازهگیری قطبیدگی نور را در طولموجهای مختلف فراهم میکند. این روش قادر است اطلاعاتی از ساختار و نحوهی انفجار یک ابرنواختر ارائه دهد که با روشهای دیگر قابل دستیابی نیست؛ دلیل آن نیز مقیاس زاویهای بسیار کوچک این پدیدههاست. در تصاویر معمولی، ابرنواختر تنها به شکل یک نقطهی نورانی دیده میشود، اما بررسی قطبش نور میتواند اسرار درونی این نقطه را آشکار کند. در بیشتر ستارگان، قطبش فوتونهای منفرد یکدیگر را خنثی میکنند و نتیجهی نهایی قطبش صفر است. اما وقتی اخترشناسان قطبش غیرصفر اندازهگیری میکنند، میتوانند از روی این دادهها شکل جسم را استنباط کنند؛ حتی اگر آن جسم در تصویر تنها یک نقطه باشد.
ابزار کلیدی این پژوهش دستگاه FORS2 است؛ یک طیفسنج قطبشنگار پیشرفته که اخیراً بر روی تلسکوپ VLT نصب شده و تنها ابزار موجود در جهان است که قادر به چنین اندازهگیریهایی است. ابرنواختر SN 2024ggi در شامگاه ۱۰ آوریل ۲۰۲۴ کشف شد، و تنها روز بعد توسط تلسکوپ VLT مورد رصد قرار گرفت. سرعت عمل تیم پژوهشی و ابزارهای پیشرفته باعث شد این گروه بتوانند شکل هندسی انفجار را تقریباً بلافاصله پس از وقوع آن تحلیل کنند.
مشاهدات جدید گامی مهم در حل یکی از اسرار دیرینه اخترفیزیک است: فرایندی که ابرنواخترهای ناشی از ستارگان پرجرم را تغذیه و هدایت میکند. این پرسش از مهمترین موضوعات در درک چرخهی زندگی ستارگان است و همچنان محل بحث و بررسیهای گسترده است. SN 2024ggi نمونهای شاخص برای مطالعهی این پدیده است؛ چراکه ستارهی مادر آن یک ابرغول سرخ با شعاعی تقریباً ۵۰۰ برابر خورشید و جرمی بین ۱۲ تا ۱۵ برابر آن بوده است. دادههای بهدستآمده از FORS2 نشان داد که انفجار اولیه شکلی بیضوی مشابه «زیتون» داشته و با گسترش موج شوک، این شکل پهنتر شده است. نکتهی مهم این است که محور تقارن مواد پرتابشده در طول انفجار ثابت مانده است؛ موضوعی که نشاندهندهی وجود یک سازوکار فیزیکی مشترک در ابرنواخترهای ستارگان پرجرم است.
یانگ در بیانیهای که ESO منتشر کرد توضیح داد:
«هندسهی یک انفجار ابرنواختری اطلاعاتی بنیادی دربارهی تکامل ستاره و فرایندهای فیزیکی منجر به این نمایشهای کیهانی در اختیار ما میگذارد. یافتههای ما نشان میدهد که احتمالاً یک مکانیسم فیزیکی مشترک در انفجار بسیاری از ستارگان پرجرم نقش دارد؛ سازوکاری که تقارن محوری واضحی ایجاد میکند و در مقیاسهای بزرگ عمل میکند.»
دیترش باده، اخترشناس ESO و از نویسندگان مقاله نیز افزود:
«نخستین مشاهدات VLT مرحلهای را ثبت کرد که طی آن مادهای که با سرعت زیاد از مرکز ستاره به بیرون پرتاب شده بود، از سطح ستاره عبور کرد. تنها برای چند ساعت، شکل خود ستاره و شکل انفجار آن را میتوانستیم همزمان مشاهده کنیم.»
این کشف نهتنها فهم ما از تکامل ستارگان و مرگ ستارگان پرجرم را دگرگون میکند، بلکه نشاندهندهی اهمیت بالای همکاریهای بینالمللی و فناوریهای نوین در اخترشناسی است. دادههای جدید به اخترشناسان اجازه داده برخی مدلهای موجود ابرنواختر را رد کنند و مدلهای دیگر را بهبود بخشند. این نتایج راه را برای مطالعات دقیقتر در آینده باز میکند و میتواند به درک بهتر از نحوهی شکلگیری عناصر سنگین، تشکیل ستارههای جدید و چرخهی تحول کیهانی کمک کند.