این انفجارهای عظیم زمانی اتفاق میافتند که یک ستاره به پایان چرخهٔ عمر خود رسیده و دچار فروریزش گرانشی در مرکز خود میشود. در نتیجه، ستاره با انفجاری مهیب پوستهها و لایههای بیرونیاش را به فضا پرتاب میکند.
برای اخترشناسان، ابرنواخترها تنها رویدادهایی تماشایی و خارقالعاده نیستند، بلکه میدان پژوهشی بسیار ارزشمندی نیز به حساب میآیند. این انفجارها سرنخهایی اساسی دربارهٔ تکامل ستارگان در اختیار ما میگذارند. از سوی دیگر، آنها ابزاری کلیدی برای اندازهگیری فاصلهها در کیهان و نیز نرخ انبساط جهان محسوب میشوند. دلیل این امر آن است که روشنایی ابرنواخترها به حدی زیاد و قابل اعتماد است که آنها را به «شمعهای استاندارد» اخترفیزیک تبدیل میکند؛ یعنی منابع نوریای که به کمک شدت نورشان میتوان فاصلهٔ کیهانی را با دقت زیادی محاسبه کرد.
با این حال، شناسایی و کشف ابرنواخترها همیشه کاری دشوار بوده است. علت این دشواری در ماهیت گذرای این رویدادهاست؛ آنها ناگهانی رخ میدهند و پیشبینی زمان دقیق وقوعشان تقریباً غیرممکن است. خوشبختانه امروزه اخترشناسان با استفاده از پیمایشهای مداوم آسمان و ابزارهای رصدی با توان تصویربرداری سریع (high-cadence surveys) بهطور روزافزون در شناسایی ابرنواخترها موفقتر میشوند.
بر اساس پژوهشی تازه که توسط مؤسسهٔ علوم فضایی اسپانیا (ICE-CSIC) در بارسلون رهبری شده است، همچنان ضروری است که پروتکلها و روشهای تازهای برای شناسایی سریعتر ابرنواخترها توسعه داده شود. در این پژوهش، روشی معرفی شده که با ترکیب پیمایشهای آسمانی گسترده با پیگیری فوری توسط تلسکوپها میتواند در کوتاهترین زمان ممکن طیفهای نوری ابرنواخترها را ثبت کند.
این مطالعه به سرپرستی یویس گالبانی، پژوهشگر مؤسسهٔ علوم فضایی و عضو «انستیتوی مطالعات فضایی کاتالونیا» (IEEC) انجام شد. او و همکارانش از ICE-CSIC و IEEC در این تحقیق با پژوهشگرانی از رصدخانهٔ جنوبی اروپا (ESO)، «انستیتوی فیزیک انرژیهای بالا» (IFAE)، «مؤسسهٔ علوم دقیق و طبیعی» (ICEN)، «مؤسسهٔ اخترفیزیک لاپلاتا» (IALP) و نیز دانشگاههای مختلف سراسر جهان همکاری کردند. حاصل این کار، مقالهای با عنوان «رصد سریع ابرنواخترهای نوزاد با تلسکوپ بزرگ قناریها» بود که در نشریهٔ معتبر Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) منتشر شد.
اهمیت رصد زودهنگام
کشف یک ابرنواختر در ساعات یا روزهای نخست پس از انفجار بسیار حیاتی است. علت این امر آن است که در همان لحظات اولیه، انفجار ویژگیهایی را در خود حفظ میکند که سرنخهای مستقیم و مهمی از ستارهٔ مادر یا همان «سامانهٔ مولد» ارائه میدهد. چنین دادههایی به اخترشناسان امکان میدهد میان مدلهای مختلف انفجار تمایز قائل شوند، پارامترهای کلیدی را برآورد کنند و محیط محلی ستاره را بررسی نمایند.
مشکل اینجاست که در گذشته، بیشتر ابرنواخترها معمولاً روزها یا حتی هفتهها پس از انفجار شناسایی میشدند. بدین ترتیب، بسیاری از نشانههای اولیه و حیاتی از دست میرفت.
به طور کلی، ابرنواخترها به دو گروه اصلی تقسیم میشوند که این تقسیمبندی به جرم اولیهٔ ستارهٔ مادر بستگی دارد:
- ابرنواخترهای گرماهستهای (ترمونکلئار):
این دسته مربوط به ستارگانی است که جرم اولیهشان کمتر از هشت جرم خورشیدی بوده است. اغلب این ستارگان کوتولههای سفید هستند. اگر چنین ستارهای در یک سامانهٔ دوتایی حضور داشته باشد، نیروی گرانش آن به تدریج مواد را از ستارهٔ همدم میرباید. این فرایند فشار درونی کوتولهٔ سفید را افزایش میدهد تا جایی که در نهایت با انفجاری عظیم به شکل ابرنواختر نوع Ia منفجر میشود. - ابرنواخترهای رمبش هستهای (Core-Collapse):
این دسته به ستارگان پرجرمی مربوط است که جرم اولیهشان از حد یادشده بیشتر است. این ستارگان در هستهٔ خود به کمک همجوشی هستهای میدرخشند. اما زمانی که تمام عناصر سنگینتر را نیز مصرف کنند و دیگر همجوشی نتواند انرژی تولید کند، هستهٔ ستاره دیگر در برابر گرانش تاب نمیآورد. در این شرایط، ستاره به سرعت فرومیریزد و فشار داخلی بهشدت افزایش مییابد. این فروریزش ناگهانی، انفجاری سهمگین را رقم میزند.
به گفتهٔ گالبانی: «هرچه زودتر این ابرنواخترها را ببینیم، بهتر است.»
پروتکل تازهٔ شناسایی
پیمایشهای سریع آسمان که گسترههای وسیعی را پوشش میدهند و بهطور منظم همان ناحیهها را دوباره مشاهده میکنند، اکنون شانس ما را برای کشف زودهنگام ابرنواخترها افزایش دادهاند. با این حال، نیاز به پروتکلهایی دقیق برای بهرهگیری از این دادهها همچنان پابرجاست.
روش پیشنهادی گالبانی و همکارانش با جستجوی سریع نامزدهای احتمالی آغاز میشود. معیار آنها این بود که منبع نوری جدید باید در تصاویر شب پیش وجود نداشته باشد و علاوه بر این، درون یک کهکشان جای گرفته باشد. اگر این دو شرط برقرار میبود، تیم پژوهشی بلافاصله ابزار طیفسنجی OSIRIS روی تلسکوپ بزرگ قناریها (Gran Telescopio Canarias) را فعال میکرد تا طیف نوری انفجار ثبت شود.
گالبانی توضیح میدهد:
«طیف ابرنواختر به ما نشان میدهد که آیا ستاره حاوی هیدروژن بوده است یا نه؛ اگر چنین باشد، ما با یک ابرنواختر رمبش هستهای روبهرو هستیم. اطلاع از این که ابرنواختر دقیقاً در نخستین لحظات خود چه ویژگیهایی دارد، امکان جمعآوری دادههای دیگر را نیز فراهم میکند. برای نمونه، ما میتوانیم از نورسنجیهای مرکز رصدی ZTF یا سامانهٔ ATLAS که دادههای پیوسته از آسمان میگیرند، استفاده کنیم. منحنیهای نوری حاصل از این ابزارها نشان میدهند که روشنایی چگونه در فاز ابتدایی افزایش مییابد. اگر در این منحنیها برآمدگیهای کوچک ببینیم، احتمالاً نشانهٔ آن است که ستارهٔ دیگری در سامانهٔ دوتایی توسط انفجار بلعیده شده است.»
نتایج آزمایشی
این تیم روش خود را با دادههای تلسکوپ قناریها آزمایش کرد و موفق شد ده ابرنواختر را شناسایی کند که همهٔ آنها ظرف شش روز از زمان انفجار رخ داده بودند. جالبتر آنکه دو مورد از این رویدادها تنها در ۴۸ ساعت نخست پس از انفجار شناسایی شدند. از این ده رویداد، نیمی در دستهٔ گرماهستهای و نیمی در دستهٔ رمبش هستهای قرار گرفتند.
برای اطمینان بیشتر، تیم پژوهشی دادههای خود را با مشاهدات دیگر رصدخانهها که همان بخش آسمان را بررسی کرده بودند، مقایسه و تطبیق داد. نتیجهٔ این مقایسه، تأیید صحت کشفیات بود.
به باور گالبانی و همکارانش، این موفقیت نشان میدهد که دستیابی به کشفهای حتی سریعتر نیز در آینده نزدیک امکانپذیر است. او در جمعبندی نتایج گفت:
«آنچه اکنون منتشر کردهایم، تنها یک مطالعهٔ آزمایشی و پایلوت است. ما اکنون میدانیم که یک برنامهٔ طیفسنجی سریعالعمل، اگر بهخوبی با پیمایشهای عمیق نوری هماهنگ شود، میتواند واقعبینانه در کمتر از یک روز پس از انفجار طیفها را جمعآوری کند. این موضوع راه را برای مطالعهٔ نظاممندترین و ابتداییترین فازهای ابرنواخترها در پیمایشهای گستردهٔ آینده هموار میکند. از جمله این پروژههای بزرگ میتوان به «پیمایش جنوبی ابرنواخترهای لا سیلا» (LS4) و «پیمایش میراثی زمان و فضا» (LSST) در کشور شیلی اشاره کرد.»
