هر بار که این ستاره محکوم به نابودی از دیسک تجمعی یک سیاهچاله فوق‌عظیم عبور می‌کند، انرژی مداری خود را از دست می‌دهد و باعث ایجاد یک انفجار اشعه X می‌شود.
ستاره‌ای در کهکشان دوردستی در حال حرکت به سمت نابودی است، با عبور مکرر از یک دیسک گازی داغ که اطراف یک سیاهچاله را احاطه کرده است و در این فرآیند انفجارهای قدرتمند اشعه X آزاد می‌کند. به زودی این ستاره پاره خواهد شد.
این ارزیابی وضعیت در هسته کهکشانی است که حدود ۳۰۰ میلیون سال نوری از زمین فاصله دارد و به نام LEDA 3091738 شناخته می‌شود، جایی که یک سیاهچاله غول‌پیکر به نام “آن اسکای” توسط یک جسم همدم با جرم بسیار کمتر مدار می‌زند.
این نام از نام رسمی سیاهچاله به نام ZTF10acnsky گرفته شده است، زیرا فوران‌های آن توسط تأسیسات گذرا Zwicky Transient Facility در تلسکوپ ساموئل اوشین در رصدخانه پالمار کالیفرنیا در سال ۱۳۹۸ مشاهده شد.
حال، یافته‌های جدید نشان می‌دهند که آن اسکای به طور تقریبی هر چهار و نیم روز یک بار فوران‌های اشعه X ایجاد می‌کند و هر فوران یک و نیم روز طول می‌کشد تا آرام گیرد و سپس دوباره چرخه آغاز می‌شود. اخترشناسان این فوران‌ها را “فوران‌های شبه‌دوره‌ای” یا QPE می‌نامند. تاکنون تنها هشت منبع از این فوران‌ها در سراسر جهان کشف شده‌اند و آن اسکای بیشترین فوران‌های انرژی‌دار را در میان این هشت منبع تولید می‌کند.
این یافته‌های جدید به لطف تیمی به رهبری جوهیم چاکرابورتی، دانشجوی دکترا در موسسه فناوری ماساچوست، با استفاده از دستگاه Neutron star Interior Composition Explorer (NICER) که به بدنه ایستگاه فضایی بین‌المللی متصل است، به همراه تلسکوپ فضایی اشعه X XMM-Newton از آژانس فضایی اروپا به دست آمده‌اند.
چاکرابورتی در بیانیه‌ای گفت: “این فوران‌های شبه‌دوره‌ای پدیده‌هایی مرموز و به شدت جالب هستند. یکی از جذاب‌ترین جنبه‌ها، ماهیت شبه‌دوره‌ای آنهاست. ما هنوز در حال توسعه روش‌ها و چارچوب‌هایی هستیم که برای درک آنچه باعث ایجاد این فوران‌ها می‌شود، نیاز داریم و ویژگی‌های غیرمعمول آن اسکای به ما کمک می‌کند تا این ابزارها را بهبود بخشیم.”
بنابراین، ما به آرامی در حال شکل‌دهی تصویری از دلیل تولید فوران‌های اشعه X توسط آن اسکای هستیم.
سیاهچاله فوق‌عظیم درگیر، جرمی در حدود یک میلیون خورشید دارد. این سیاهچاله توسط آنچه که به نام دیسک تجمعی شناخته می‌شود، احاطه شده است؛ یک حلقه گازی داغ که اطراف سیاهچاله می‌چرخد و منتظر است که مصرف شود. در همین حال، یک جسم با جرم پایین‌تر، احتمالاً یک ستاره، به طور نزدیکی به دور سیاهچاله می‌چرخد و به طور دوره‌ای از دیسک تجمعی عبور می‌کند. هر بار که این اتفاق می‌افتد، امواج شوک از دیسک عبور کرده و گاز نزدیک به نقطه ورودی ستاره را گرم می‌کند. این گاز گرم باید از مسیر ستاره کنار برود، که باعث می‌شود ابرهای عظیمی از ماده به فضا پرتاب شوند. گرمای این ماده که از دیسک بیرون می‌رود، باعث تولید فوران‌های شبه‌دوره‌ای می‌شود.
“در بیشتر سیستم‌های فوران شبه‌دوره‌ای، احتمالاً سیاهچاله فوق‌عظیم یک ستاره عبوری را پاره کرده و یک دیسک کوچک بسیار نزدیک به خود ایجاد می‌کند”، گفت لورنزا هرناندز-گارسیا از هسته هزاره‌ای تحقیقات و فناوری برای کاوش سیاه‌چاله‌های فوق‌عظیم (TITANS) و دانشگاه والپاریسو در شیلی. او بود که اخترشناسان را به کشف آن اسکای در سال ۱۳۹۸ هدایت کرد. “در مورد آن اسکای، ما فکر می‌کنیم که دیسک بسیار بزرگ‌تر است و می‌تواند اجسام دورتر را درگیر کند، که باعث می‌شود مقیاس زمانی طولانی‌تری ایجاد شود.”
تیم چاکرابورتی بین اردیبهشت و تیر ۱۴۰۳ ۱۶ بار در روز آن اسکای را با NICER تحت نظر داشت و دوره زمانی فوران‌ها را پیگیری کرد و هرگونه تغییر در آن دوره را رصد کرد. پس از اضافه کردن داده‌های XMM-Newton برای پر کردن هرگونه شکاف، آنچه که کشف کردند خبر بدی برای ستاره بود.
انرژی مداری ستاره به اندازه‌ای است که می‌تواند گاز موجود در دیسک را گرم کرده و مقداری ماده معادل جرم مشتری را با سرعت‌هایی تا ۱۵٪ سرعت نور به بیرون پرتاب کند. هر بار که ستاره از دیسک عبور کرده و فوران شبه‌دوره‌ای ایجاد می‌کند، مقداری از انرژی مداری خود را از دست می‌دهد که باعث می‌شود به سمت دهانه سیاهچاله حرکت کند.
اگر فرض کنیم که جرم ستاره معادل جرم خورشید است، آنگاه برای از دست دادن تمام انرژی مداری خود، باید حدود ۴۰۰ فوران شبه‌دوره‌ای دیگر رخ دهد که حدود ۲,۰۰۰ روز یا ۵ تا ۶ سال طول می‌کشد. این فرآیند مدار ستاره را کوچک‌تر می‌کند و باعث می‌شود که فوران‌ها به طور فزاینده‌ای سریع‌تر اتفاق بیفتند تا زمانی که ستاره توسط نیروهای کشندی گرانشی سیاهچاله پاره شود یا به آن ملحق شود. اگر ستاره جرم بیشتری نسبت به خورشید داشته باشد، می‌تواند مدت زمان بیشتری زنده بماند.
در هر صورت، تخریب مدار ستاره که منجر به افزایش سرعت فوران‌ها می‌شود، باید در چند سال آینده واضح باشد و سرعت افزایش فوران‌ها به اخترشناسان کمک خواهد کرد تا جرم ستاره همدم را تخمین بزنند.
چاکرابورتی گفت: “ما تا جایی که می‌توانیم به رصد آن اسکای ادامه خواهیم داد. ما هنوز در مراحل ابتدایی درک فوران‌های شبه‌دوره‌ای هستیم. این زمان بسیار هیجان‌انگیز است زیرا چیزهای زیادی برای یادگیری وجود دارد.”
NICER و XMM-Newton به رصد آن اسکای ادامه خواهند داد و در نهایت باید پیش‌بینی دقیق‌تری از زمانی که ستاره انرژی مداری خود را از دست می‌دهد و نابود می‌شود، فراهم کنند. وقتی این اتفاق بیفتد، انرژی عظیمی آزاد خواهد شد و اخترشناسان قادر خواهند بود ستاره را در حال پاره شدن در زمان واقعی از ابتدا تا انتها مشاهده کنند.
نتایج تحقیقات از آن اسکای در تاریخ ۱۶ اردیبهشت در مجله علمی The Astrophysical Journal منتشر شد.
