گروهی از پژوهشگران با ترکیب دادههای بایگانیشدهی تلسکوپ فضایی هابل و همچنین مشاهدات تازه توانستند سامانهی ستارهای دوتایی NGC 3603-A1 را با دقت بیسابقهای اندازهگیری کنند. یافتهها شگفتانگیز است: یکی از این ستارگان جرمی برابر با حدود ۹۳ برابر جرم خورشید ما دارد و ستارهی همدم آن حدود ۷۰ برابر خورشید سنگین است. این دو در کنار هم، یکی از پرجرمترین سامانههای دوتایی کشفشده در سراسر کهکشان راه شیری را شکل میدهند.
مدار حیرتانگیز دو غول ستارهای
آنچه این سامانه را واقعاً خارقالعاده میسازد، سرعت مداری این دو ستاره است. این غولهای پرجرم تنها در ۳٫۸ روز یک دور کامل به دور یکدیگر میچرخند. به بیان دیگر، زمانی که زمین تنها یک بار به دور خورشید میگردد، این دو ستاره نزدیک به ۱۰۰ بار به دور یکدیگر چرخیدهاند.
نزدیکی بسیار زیاد این ستارهها و جرم خیرهکنندهشان رابطهای پویا و پرانرژی میان آنها ایجاد کرده است؛ رابطهای که ساختار و تکامل هر دو ستاره را دگرگون میکند.
کشفی که از چشم همه پنهان مانده بود
رسیدن به این کشف حاصل سالها تلاش و چیزی شبیه کارآگاهبازی علمی بود که به طرز شگفتی به یک بینش کلیدی نیاز داشت؛ بینشی که از منبعی غیرمنتظره به دست آمد. سارا بودنْسکی، زمانی که هنوز دانشجوی کارشناسی در کالج کارلتون بود، در تابستان همهگیری کرونا (۲۰۲۰) بهصورت دورکاری در رصدخانهی لاول فعالیت میکرد. او در دادههای قدیمی هابل نکتهای را دید که از چشم همه پنهان مانده بود.
ــ دکتر فیل ماسی، رصدخانهی لاول
«کار سارا امکان پیشبرد این پروژه را فراهم کرد. او چیزی را دید که هیچکس متوجه نشده بود: برخی از ویژگیهای طیفی در زمانی که ستارهها بیشترین حرکت به سوی ما یا دور از ما داشتند، دو برابر میشدند. بدون این کشف، پروژه شاید برای همیشه نیمهکاره میماند.»
این مشاهدهی دقیق بسیار مهم بود، زیرا نشان داد آنچه پیشتر یک ستارهی تار و محو به نظر میرسید، در واقع یک سامانهی دوتایی است.
جایی در قلب خوشهی ستارهای NGC 3603
سامانهی NGC 3603-A1 در دل خوشهی ستارهای چگال NGC 3603 قرار دارد؛ یکی از فعالترین مناطق شکلگیری ستارهها در کل کهکشان ما. چنین محیطی به قدری متراکم است که تنها با وضوح استثنایی تلسکوپ هابل میتوان جزئیات آن را تشخیص داد.
هر دو ستارهی این سامانه چنان پرجرم و پرانرژیاند که ظاهری مشابه ستارههای وُلف–رایه (Wolf–Rayet) پیدا کردهاند؛ ستارگان غولپیکری که معمولاً در اواخر عمر خود با بادهای ستارهای سهمگین لایههای بیرونی خود را به فضا پرتاب میکنند. اما نکتهی جالب این است که ستارههای NGC 3603-A1 هنوز جوان هستند. این موضوع نشان میدهد شرایط شدید محیطی میتواند کاری کند که ستارههای جوان، بسیار پیرتر و تکاملیافتهتر از آنچه واقعاً هستند به نظر برسند.
داستانی از تکامل ستارهای
بررسی دقیقتر این سامانه نشان میدهد که عضو کوچکتر (یعنی همان ستارهی ۷۰ جرمی) احتمالاً بخشی از جرم ستارهی پرجرمتر را ربوده است. این فرایند انتقال جرم باعث شده ستارهی کوچکتر سریعتر بچرخد. چنین پدیدهای یکی از کلیدهای مهم برای درک تکامل ستارههای پرجرم است و به اخترشناسان کمک میکند بفهمند این غولها در پایان عمر به چه سرنوشتی دچار میشوند.
ــ سارا بودنْسکی، کالج کارلتون
«برای پرجرمترین ستارهها، اخترشناسان معمولاً مجبورند بر مدلهایی تکیه کنند که چندان مطمئن و دقیق نیستند تا بتوانند جرم ستاره را برآورد کنند. اما این مطالعه روی یک نوع ویژه از سامانهی دوتایی متمرکز بود که امکان اندازهگیری مستقیم و بنیادی جرم ستارهها را فراهم میسازد.»
پیشدرآمدی بر سیاهچالههای دوتایی
سامانههای دوتایی پرجرم همچون NGC 3603-A1 در واقع پیشزمینهی تشکیل سیاهچالههای دوتایی هستند؛ اجرامی که در نهایت میتوانند با هم ادغام شوند و امواج گرانشی تولید کنند؛ همان امواجی که دانشمندان از سال ۲۰۱۵ تاکنون بارها شناسایی کردهاند.
شناخت این روابط ستارهای به اخترشناسان کمک میکند پیشبینی کنند چنین ادغامها و برخوردهایی در کجا و چه زمانی ممکن است رخ دهد.
جمعبندی
کشف سامانهی دوتایی NGC 3603-A1 نمونهای چشمگیر از این است که چگونه ترکیب دادههای قدیمی، مشاهدات تازه و نگاه تیزبین یک پژوهشگر جوان میتواند به انقلابی در دانش ما از ستارهها بینجامد. این سامانه نهتنها یکی از پرجرمترینهای کهکشان است، بلکه آزمایشگاهی طبیعی برای مطالعهی پدیدههایی همچون انتقال جرم، تکامل سریع ستارهها و پیدایش سیاهچالههای دوتایی به شمار میرود.
در حالی که اخترشناسان همچنان به بررسی این غولهای کیهانی ادامه میدهند، یافتههای امروز چشمانداز تازهای از آیندهی ستارههای پرجرم پیش روی ما میگشاید؛ آیندهای که میتواند با انفجارهای ابرنواختری، تولد سیاهچالهها و حتی امواج گرانشی ثبتشده بر روی زمین گره خورده باشد.
