شتاب‌های ستاره‌ای راز تولد سریع‌ترین ستاره‌های کهکشان را فاش می‌کنند

کوتوله‌های سفید هسته‌های داغ و فشرده‌ای هستند که پس از مرگ ستارگان شبیه به خورشید باقی می‌مانند. برای تصور میزان فشردگی آن‌ها، کافی است جرم کل خورشیدمان را در حجم سیاره‌ی زمین جا دهیم؛ نتیجه همان کوتوله‌ی سفید است و خورشید ما نیز در آینده‌ای دور به چنین ستاره‌ای تبدیل خواهد شد. این بقایای ستاره‌ای چنان فشرده‌اند که تنها یک قاشق چای‌خوری از ماده‌ی آن‌ها به اندازه یک خودرو بزرگ وزن دارد.

اکثر کوتوله‌های سفید به آرامی و طی میلیاردها سال کم‌نور می‌شوند و خاموش می‌گردند، اما برخی از آن‌ها سرنوشت‌هایی بسیار دراماتیک و پرانرژی دارند. پژوهشی تازه، به سرپرستی دکتر هیلا گلانز از مؤسسه تکنیکون در اسرائیل، روی نوع نادری از کوتوله‌های سفید «ترکیبی» یا Hybrid متمرکز شده است؛ این کوتوله‌ها از هلیوم، کربن و اکسیژن تشکیل شده‌اند. تیم پژوهشی با استفاده از شبیه‌سازی‌های پیشرفته‌ی رایانه‌ای، فرآیند ادغام دو کوتوله‌ی سفید مرده را مطالعه کرده است؛ فرایندی که می‌تواند برخی از خشن‌ترین انفجارها در کیهان را ایجاد کند.

زمانی که دو کوتوله‌ی سفید ترکیبی به دور یکدیگر مارپیچ می‌زنند و به هم نزدیک می‌شوند، نتیجه انفجاری فاجعه‌آمیز است. در جریان این ادغام، کوتوله‌ی سبک‌تر بخشی از خود را از دست می‌دهد و در هم می‌ریزد، در حالی که کوتوله‌ی سنگین‌تر دچار پدیده‌ای می‌شود که به آن «انفجار دوگانه» (Double Detonation Explosion) گفته می‌شود.

این انفجار تنها یک رخداد معمولی نیست؛ این نیرو چنان قدرتمند است که می‌تواند مانند یک فلاخن کیهانی باقی‌مانده‌های ستاره‌ی سبک‌تر را به فضا پرتاب کند، با سرعتی بیش از ۲۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه. چنین سرعتی به اندازه‌ای است که باقی‌مانده‌ی ستاره می‌تواند از گرانش کل کهکشان ما فرار کند و به فضای وسیع بین‌کهکشانی سفر نماید.

این کشف پاسخ یکی از معماهای طولانی اخترشناسی را درباره کوتوله‌های سفید ابرسرعتی مانند J0546 و J0927 ارائه می‌دهد. هر دو این بقایای ستاره‌ای با سرعت‌های باورنکردنی در مناطق خارجی کهکشان ما در حال حرکت هستند. مدل‌های پیشین قادر نبودند همزمان سرعت فوق‌العاده بالا و دمای بسیار زیاد این اجرام را توضیح دهند، چرا که چنین ویژگی‌هایی برخلاف کوتوله‌های سفید معمولی است.

دکتر هیلا گلانز می‌گوید:

«این نخستین بار است که مسیر روشنی مشاهده کرده‌ایم که باقی‌مانده‌های ادغام یک کوتوله سفید می‌توانند با سرعت فوق‌العاده به فضا پرتاب شوند.»

ادغام‌های انفجاری این کوتوله‌های سفید همچنین موجب ایجاد نوعی ابرنواختر غیرمعمول می‌شوند که کم‌نورتر از ابرنواخترهای معمولی است. درک این رویدادها به اخترشناسان کمک می‌کند تا از آن‌ها به‌عنوان شمع‌های استاندارد (Standard Candles) برای اندازه‌گیری فاصله‌های کیهانی و بررسی نیروی مرموزی که باعث شتاب‌دار شدن انبساط جهان می‌شود، بهره ببرند. ابرنواخترهای معمولی نوع Ia از دیرباز به عنوان شمع‌های استاندارد برای سنجش فاصله‌ها استفاده می‌شوند، زیرا معمولاً با درخشندگی یکسان منفجر می‌شوند. اما ادغام کوتوله‌های سفید ترکیبی، یک کلاس جدید از ابرنواخترهای کم‌نور ایجاد می‌کند که نسبت به همتایان معمولی خود نه تنها کم‌نورتر، بلکه عجیب و غیرمعمول‌تر هستند.

با آغاز به‌کار رصدخانه‌هایی مانند Vera Rubin Observatory و انتشار داده‌های جدید Gaia، شاهد کشف تعداد بیشتری از این بقایای ستاره‌ای در حال حرکت سریع در فضا خواهیم بود. این فرصت‌های بی‌سابقه، امکان مطالعه‌ی دقیق فرآیندهای خشونت‌آمیز ایجادکننده‌ی آن‌ها و همچنین اطلاعاتی درباره‌ی مرگ و تولد ستارگان را فراهم می‌کند. ادامه‌ی این پژوهش‌ها می‌تواند فیزیک انفجارهای ستاره‌ای را روشن کند، روند تکامل شیمیایی کهکشان‌ها را دنبال کند و حتی به آزمایش قوانین بنیادی حاکم بر جهان ما کمک نماید.

کوتوله‌های سفید ترکیبی، با ترکیب هلیوم، کربن و اکسیژن، به نوعی «بقایای ستاره‌ای با پتانسیل انفجاری بالا» تبدیل شده‌اند. هنگامی که دو نمونه از این ستاره‌ها با یکدیگر ادغام می‌شوند، ترکیب جرم و انرژی آن‌ها شرایطی فراهم می‌کند که حتی داغ‌ترین کوتوله‌های سفید معمولی قادر به ایجاد آن نیستند. این فرآیند با افزایش فشار و دما بر سطح ستاره‌ی سنگین‌تر، باعث می‌شود واکنش‌های هسته‌ای بسیار شدید آغاز شوند که منجر به انفجار دوگانه می‌گردد.

سرعت‌هایی که بقایای سبک‌تر ستاره در این انفجارها پیدا می‌کنند، به اندازه‌ای بالاست که می‌توانند کهکشان میزبان خود را ترک کنند و به فضای میان‌کهکشانی پرتاب شوند. این پدیده، به طور طبیعی توضیح می‌دهد که چرا اجرامی مانند J0546 و J0927 با چنین سرعت‌های فراتر از تصور در کهکشان ما مشاهده شده‌اند.

بررسی و شبیه‌سازی‌های انجام‌شده نشان می‌دهند که این انفجارهای پرانرژی، نه تنها اجرام را با سرعت بالا پرتاب می‌کنند، بلکه نوع جدیدی از ابرنواخترها ایجاد می‌کنند که درخشندگی کمتری دارند و به همین دلیل می‌توانند استانداردهای پیشین شمع‌های استاندارد کیهانی را بازتعریف کنند. در آینده، با کشف بیشتر چنین سامانه‌هایی، اخترشناسان می‌توانند مدل‌های دقیقی از چرخه‌ی زندگی کوتوله‌های سفید و ادغام آن‌ها ارائه دهند و حتی به شناخت بهتر نیروهای محرک جهان و قوانین بنیادی طبیعت برسند.

این یافته‌ها همچنین به ما می‌آموزند که مرگ ستارگان تنها به خاموشی آرام ختم نمی‌شود؛ بلکه در برخی شرایط، پایان یک ستاره می‌تواند آغاز یک انفجار خیره‌کننده و شگفت‌انگیز در کیهان باشد که پیامدهای آن فراتر از کهکشان میزبان امتداد می‌یابد.

با ادامه‌ی مطالعه‌ی این پدیده‌ها، می‌توان جزئیات دقیق فرآیندهای هسته‌ای، مکانیک انفجار و توزیع شیمیایی عناصر در فضا را بهتر درک کرد و حتی امکان سنجش دقیق‌تر انبساط جهان و نیروهای ناشناخته‌ی کیهانی فراهم می‌شود. به بیان دیگر، این کوتوله‌های سفید ترکیبی، دریچه‌ای به سوی فهم بهتر مرگ ستارگان، انفجارهای کیهانی و اسرار جهان فراهم می‌آورند.