کوتولههای سفید را «بازماندهٔ ستارهای» مینامند، زیرا این اجرام همان هستههای باقیمانده از ستارگان رشتهٔ اصلیاند که پس از پشت سر گذاشتن چرخهٔ زندگی خود، بخش اعظم جرمشان را از دست داده و فرایند همجوشی هستهای را متوقف کردهاند. اما با وجود آنکه این ستارههای مرده مدتهاست خاطرهٔ همجوشی را پشت سر گذاشتهاند، همچنان میتوانند صحنهٔ رخ دادن یکی از نیرومندترین انفجارهای ترموهستهای کیهان باشند؛ رخدادی که آن را «نووا» مینامیم.
کوتولههای سفید هستههایی فوقالعاده متراکم و داغاند که زمانی ستارههای فعال بودهاند. آنها تنها از حرارت باقیماندهٔ دوران گذشتهٔ خود میدرخشند و ممکن است میلیاردها سال طول بکشد تا کاملاً سرد شوند. وقوع یک انفجار نووی تنها زمانی ممکن است که کوتولهٔ سفید عضوی از یک سامانهٔ دوتایی باشد. در چنین سامانههایی کوتولهٔ سفید گرانشی چنان نیرومند دارد که میتواند هیدروژن را از ستارهٔ همدم خود برباید. این گاز بهتدریج روی سطح کوتوله انباشته میشود. هنگامی که این لایهٔ تازهرسیده به اندازهٔ کافی گرم میشود، واکنش همجوشی بهطور ناگهانی آغاز شده و انفجار مهیبی را رقم میزند؛ انفجاری که آن را «نووا» مینامیم.
در برخی موارد، این انفجار آنقدر بزرگ است که کوتولهٔ سفید را کاملاً نابود میکند. چنین رویدادهایی را «ابرنواختر نوع Ia» مینامند که از مهمترین رویدادهای کیهانی برای اندازهگیری فاصلهها در جهاناند. اما اغلب نوواها چنین ویرانگر نیستند؛ بلکه تنها لایهٔ انباشتهشدهٔ سطح ستاره را به فضا پرتاب میکنند و هستهٔ کوتولهٔ سفید پابرجا باقی میماند.
پیچیدگی نوواها در پرتو تصاویر تازه
اخیراً اخترشناسان توانستهاند تصاویر دقیق و کمنظیری از دو نووا ثبت کنند؛ تصاویری که پیچیدگیهای نهفته در این انفجارهای ظاهراً ساده را آشکار میکنند. نتایج این مشاهدات در مقالهای در مجلهٔ نیچر استرونومی منتشر شده که عنوان آن «چندین جریان خروجی و فورانهای تأخیری آشکار شده از طریق تصویربرداری اولیه نوواها» است. نویسندهٔ اصلی این پژوهش «الیاس عیدی»، استاد فیزیک و نجوم دانشگاه تگزاس تکنیکال است.
عیدی میگوید: «این مشاهدات به ما اجازه میدهد انفجار یک ستاره را در زمان واقعی نظاره کنیم.» این جمله بهخوبی نشان میدهد که اخترشناسان با چه دستاورد بیسابقهای روبهرو شدهاند.
نویسندگان در مقاله توضیح میدهند:
«نوواها فورانهای ترموهستهای در کوتولههای سفیدِ دارای ورودی ماده در سامانههای دوتایی برهمکنشیاند. اگرچه بخش زیادی از مادهٔ انباشتهشده پس از انفجار به بیرون پرتاب میشود، اما مکانیزم این رویداد—اینکه فوران آنی است یا چندین جریان خروجی دارد یا به صورت باد طولانیمدت رخ میدهد، یا حتی ناشی از برهمکنش پوشش مشترک است—همچنان نامطمئن است.»
اخترفیزیکدانان تاکنون انتشار پرتوهای گامای با انرژی گیگاالکترونولت را در بیش از ۲۰ نووا ثبت کردهاند. این بدان معناست که نوواها همانند آزمایشگاههایی نزدیک در فضای اطراف کهکشان ما هستند؛ جاهایی که میتوان در آنها پدیدههایی چون فیزیک شوکها، شتابگیری ذرات و سازوکارهای بیرونریزی ماده را مطالعه کرد.
آنها توضیح میدهند: «سازوکار شکلگیری شوکهای پرانرژی که منجر به انتشار پرتوهای گامای GeV میشود هنوز بهخوبی شناختهشده نیست.» یافتههای تازه نشان میدهد که این شوکها در واقع درون مادهٔ بیرونریختهشده تشکیل میشوند؛ در مرز برخورد دو یا چند جریان خروجی مختلف. این جریانهای برهمکنشی هستند که شوکها را میسازند و این شوکها نیز ذرات را شتاب داده و تابشهای پرانرژی تولید میکنند.
دو نووای ۲۰۲۱: یکی سریع، دیگری کند
برای فهم بهتر سازوکار بیرونریزی ماده از نوواها، پژوهشگران دو نووای شناختهشده به دلیل انتشار پرتو گاما را بررسی کردند. نخست نووای V1674 Her که در سال ۲۰۲۱ ثبت شد و از سریعترین نوواهای شناختهشده است. تصاویر ثبتشده تنها ۲ تا ۳ روز پس از انفجار نشان میدهد که ماده در دو جهت عمود بر هم بیرون زده است؛ نشانهٔ واضحی از چندین جریان خروجی و تعامل آنها.
این نووا تنها طی چند روز درخشید و سپس سریعاً کمنور شد؛ رفتاری که به آن لقب «نووای سریع» داده است.
در (a) دیده میشود که ابتدا یک انفجار آهسته، بخشی از ماده را به بیرون پرتاب کرده و سپس انفجار دوم که سریعتر بوده، مادهٔ بیشتری را خارج کرده است. این مادهٔ سریعتر با مواد قبلی برخورد کرده و شوکها و تابش گامای پرانرژی ایجاد کرده است.
در (b) تصاویر آرایهٔ CHARA دیده میشود که انفجار نووا را در ۲٫۲ و ۳٫۲ روز پس از کشف V1674 Her نشان میدهد.
در (c) نیز شکل خطوط طیفی Hβ (اچ-بتا) مربوط به اتمهای هیدروژن ارائه شده است.
اعتبار تصویر: Aydi و همکاران، ۲۰۲۵، Nature Astronomy
نووای دوم V1405 Cas نام دارد، که آن نیز در سال ۲۰۲۱ دیده شد اما «نووای کند» به شمار میرود. تصاویر نشان داد که عمدهٔ مادهٔ بیرونریختهشده تا حدود ۵۰ روز پس از انفجار ظاهر نشده بود. این نخستین شواهد از «بیرونریزی تأخیری» در یک نووا است. هنگامی که نهایتاً ماده بیرون زده، شوکهای تازهای ایجاد کرده و پرتوهای گامای بیشتری تولید شده است.
عیدی میگوید:
«مشاهدهٔ چنین رویدادی در زمان واقعی، چیزی بسیار پیچیده و تا مدتها غیرممکن تصور میشد. سابق بر این تنها یک درخشش ساده از نوواها میدیدیم، اما اکنون پیچیدگی حقیقی رخداد آشکار شده است. این گذار از یک عکس سیاه و سفید دانهدانه به یک ویدئوی باکیفیت بالا است.»
مشاهدات بیسابقه با دو ابزار: تداخلسنجی و طیفسنجی
پژوهشگران برای مشاهدهٔ این نوواها از دو نوع داده بهره بردهاند: تداخلسنجی و طیفسنجی.
برای تداخلسنجی از آرایهٔ CHARA متعلق به دانشگاه ایالتی جورجیا استفاده شده؛ یکی از دقیقترین تداخلسنجهای نوری جهان. برای طیفسنجی نیز دادههایی از رصدخانههایی همچون جمینی به کار گرفته شده است.
تداخلسنجی به اخترشناسان اجازه داده ساختارهای ریز و جزئی در فورانها را آشکار کنند، در حالی که طیفسنجی امکان شناسایی «اثر انگشتهای شیمیایی» مواد بیرونریختهشده را فراهم کرده است.
اما نقطهٔ کلیدی پژوهش آنجا بود که ساختارهای مشاهدهشده با تداخلسنجی با طیفها کاملاً همخوانی داشتند؛ تأییدی محکم بر چگونگی برخورد و برهمکنش جریانهای مواد در این انفجارها.
جان مونیِر، استاد دانشگاه میشیگان و متخصص تصویربرداری تداخلسنجی میگوید:
«این یک جهش خارقالعاده است. اینکه اکنون میتوانیم انفجار یک ستاره را ببینیم و همزمان ساختار مادهای را که به فضا پرتاب میشود مشاهده کنیم، شگفتانگیز است. این دستاورد دریچهٔ تازهای به دراماتیکترین رخدادهای کیهان میگشاید.»
نوواها؛ آزمایشگاههایی برای فیزیک شدید
اعتبار تصویر: Aydi و همکاران، ۲۰۲۵، Nature Astronomy
چنین محیطهای افراطی، مانند نوواها، برای درک حدود طبیعت اهمیت اساسی دارند. بدون شناخت این مرزها، نمیتوانیم تصویری کامل از قوانین طبیعت داشته باشیم. شوکهای پرانرژی و تابشهای گامای نوواها، فرصت نادری برای مطالعهٔ پدیدههایی فراهم میآورند که در شرایط عادی نه قابل مشاهدهاند و نه قابل بازسازی در آزمایشگاههای زمینی.
پروفسور لورا چومییوک، پژوهشگر دانشگاه ایالتی میشیگان، میگوید:
«نوواها چیزی بیش از یک آتشبازی کیهانیاند؛ آنها آزمایشگاههایی برای فیزیک افراطیاند. با مشاهدهٔ چگونگی و زمان بیرونریزی ماده، بالاخره میتوانیم میان واکنشهای هستهای سطح ستاره، هندسهٔ مادهٔ پرتابشده و تابشهای پرانرژی فضایی ارتباط برقرار کنیم.»
خواهناخواه، پیشرفت علم همیشه با افزایش پیچیدگی همراه بوده است. هرچه ابزارهای ما بهتر میشوند، پیچیدگیهای بیشتری در طبیعت آشکار میگردد. زمانی گمان میرفت نوواها تنها انفجارهایی لحظهای و سادهاند. اما اکنون مشخص شده که داستان بسیار پیچیدهتر است: جریانهای خروجی متعدد، بیرونریزیهای تأخیری و شاید پدیدههای دیگری که هنوز ناشناختهاند.
عیدی ادامه میدهد:
«این تازه آغاز راه است. با مشاهدات بیشتر میتوانیم پاسخ پرسشهای بنیادی دربارهٔ چگونگی زندگی و مرگ ستارگان و نحوهٔ تأثیر آنها بر محیط پیرامونشان را پیدا کنیم. نوواها که زمانی انفجارهایی ساده تصور میشدند، اکنون به پدیدههایی بسیار عمیقتر و جذابتر تبدیل شدهاند.»
گام بعدی: دادههای بیشتر، رازهای بیشتر
پرسش مهم این است: آیا این دو نووا نمونههای استثناییاند؟ یا سایر نوواها نیز چنین رفتار پیچیدهای دارند؟ برای پاسخ به این پرسش، اخترشناسان نیازمند مشاهدات بیشتر از نوواهای گوناگوناند.
در پایان مقاله آمده است:
«با افزایش تعداد نوواهایی که در آینده با تداخلسنجهای نوری و فروسرخ مانند CHARA رصد میشوند، میتوانیم مشخص کنیم آیا بیرونریزی تأخیری یک ویژگی رایج در نوواهاست یا نه. در این صورت، نوواها به آزمایشگاههایی ایدهآل در همسایگی کهکشانی ما برای مطالعهٔ فیزیک تعامل پوشش مشترک تبدیل خواهند شد.»
