وقتی منفجر میشوند، میتوانند برای ماهها از تمام ستارگان کهکشان میزبانشان درخشانتر شوند. اما درک فیزیک پشت این پدیدههای قدرتمند، نیازمند مطالعه پیشساز (progenitor) آنها پیش از انفجار است. از آنجایی که تنها ستارگان بسیار عظیم بهصورت ابرنواختر منفجر میشوند، انتظار میرود یافتنشان آسان باشد. اما طبیعت به مشکلات انسانها اهمیتی نمیدهد. یکی از موانع طولانیمدت در درک ابرنواخترهای نوع II، یافتن ابرغولهای قرمز (red supergiants) است که پیشساز آنها هستند. ما میدانیم که تعداد زیادی از این ستارگان در کیهان وجود دارند، اما به دلایلی، در شناساییشان با مشکل روبهرو هستیم.
حالا، پژوهش جدیدی که در مجله The Astrophysical Journal Letters منتشر شده، ممکن است پاسخ این مسئله قدیمی یعنی «معمای ابرغولهای قرمز گمشده» را ارائه دهد. عنوان این مقاله چنین است: «ابرنواختر نوع II SN 2025pht در کهکشان NGC ۱۶۳۷: یک ابرغول قرمز با غبار پیرستارهای غنی از کربن، بهعنوان نخستین تشخیص JWST از یک ستاره پیشساز ابرنواختر».
نویسنده اصلی این پژوهش، چارلز کیلپاتریک (Charles Kilpatrick)، استادیار پژوهشی در دانشگاه نورثوسترن است. این کار بر پایه یک ابرنواختر واقعی است که در یک کهکشان نزدیک منفجر شد و خوشبختانه، چند تصویر اتفاقی از ستاره پیشساز آن توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) پیش از انفجار ثبت شده بود.
در تاریخ ۲۹ ژوئن ۲۰۲۵، برنامه All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN) یک ابرنواختر را در کهکشان مارپیچی NGC 1637 کشف کرد؛ کهکشانی که حدود ۳۰ میلیون سال نوری (یا حدود ۱۲ مگاپارسک) از ما فاصله دارد. اخترشناسان بلافاصله هشدار دریافت کردند و مشاهدات پیگیری آغاز شد. در این پژوهش، نویسندگان در ۳۱ ژوئیه با دوربین WFC3/UVIS تلسکوپ فضایی هابل به محل انفجار نگاه کردند. تلسکوپهای دیگر در سراسر جهان نیز این منطقه را رصد کردند.
اما کیلپاتریک و همکارانش رویکرد متفاوتی در پیش گرفتند. آنها تصمیم گرفتند تصاویر آرشیوی JWST از این کهکشان را بررسی کنند تا ببینند آیا ستاره پیشساز در آنها قابلمشاهده است یا نه. نتیجه شگفتانگیز بود: آنها یک ابرغول قرمز (RSG) را دقیقاً در همان مکان SN 2025pht در تصاویر NIRCam و MIRI از سال ۲۰۲۴ پیدا کردند.
کیلپاتریک در بیانیه مطبوعاتی گفت: «ما سالها منتظر چنین اتفاقی بودیم – یعنی انفجار یک ابرنواختر در کهکشانی که وب پیشتر آن را رصد کرده باشد. ما دادههای هابل و وب را ترکیب کردیم تا برای اولین بار این ستاره را بهطور کامل توصیف کنیم.»
نکته کلیدی مشاهدات این بود که ستاره بسیار قرمزتر از حد انتظار ظاهر شد، حتی با وجود اینکه یک ابرغول قرمز است. این نشان میدهد که ستاره توسط لایهای ضخیم از غبار احاطه شده و همین غبار میتواند توضیحدهنده «معمای ابرغولهای قرمز گمشده» باشد.
آسوین سورِش (Aswin Suresh)، دانشجوی تحصیلات تکمیلی در دانشگاه نورثوسترن و یکی از نویسندگان مقاله، گفت: «این قرمزترین و غبارآلودترین ابرغول قرمزی است که تاکنون بهصورت ابرنواختر منفجر شده است.»
عامل اصلی این پدیده، غبار غنی از کربن است؛ بهطور دقیقتر، گرافیت که شکل کریستالی کربن است. این ابرغول قرمز ظاهراً توسط چنین غباری احاطه شده بود. اما این موضوع شگفتانگیز است، زیرا ابرغولهای قرمز معمولاً غبار سیلیکاتی (silicate dust) تولید میکنند، نه غبار کربنی.
نویسندگان در مقاله مینویسند: «ترکیب غبار غنی از کربن برای ابرغولهای قرمز پرجرم غیرمعمول است؛ این ستارگان معمولاً غنی از اکسیژن هستند و در محیط پیرستارهایشان سیلیکات تولید میکنند. اگر پیشساز SN 2025pht واقعاً محیط پیرستارهای غنی از کربن داشته باشد، ممکن است نشاندهنده آن باشد که فراوانی سطحی برخی ابرغولهای قرمز پیشرفته (در مراحل سوزاندن کربن و پس از آن) به دلیل فعالیت همرفتی عمیق، بهطور قابلتوجهی افزایش یافته است.»
در این مرحله از تکامل ستارهای، انتظار میرود ابرغولهای قرمز غنی از اکسیژن باشند و اکسیژن بر سطحشان غالب شود. آنها لایههای پیچیدهای از عناصر مختلف دارند و فرآیندهای هستهای باعث شدهاند که اکسیژن نسبت به کربن در سطحشان فراوانتر باشد. اما اگر فعالیت همرفتی عمیق، کربن را از لایههای داخلی به سطح آورده باشد، این میتواند توضیحدهنده غبار کربنی باشد.
اگر واقعاً همرفت باشد، این کشف میتواند محدودیتهایی بر نحوه عملکرد همرفت در ستارگان پرجرم در مراحل پایانی عمرشان بگذارد. همرفت در مراحل انتهایی تکامل ستارهای هنوز بهخوبی درک نشده، بنابراین این یافته میتواند بسیار ارزشمند باشد.
کشف یک ابرغول قرمز پوشیده در غبار همچنین توضیح میدهد که چرا اخترشناسان در تشخیص پیشسازهای ابرنواخترهای نوع II با مشکل مواجهاند. این پردههای ضخیم غبار، ستارگان را از دید ما پنهان میکنند.
کیلپاتریک گفت: «من سالها از این تفسیر دفاع کردهام، اما حتی خودم هم انتظار نداشتم که اینقدر شدید باشد، مانند آنچه در SN 2025pht دیدیم. این میتواند توضیح دهد که چرا ابرغولهای قرمز پرجرمتر اغلب «گمشده» هستند؛ چون معمولاً غبارآلودترند.»
این پردههای غباری پیشتر فرضیهسازی شده بودند، اما حالا برای اولین بار شواهد مستقیم از آنها وجود دارد – و این به لطف JWST و ابزارهای قدرتمند NIRCam و MIRI است.
سورِش افزود: «داشتن مشاهدات در مادونقرمز میانی، کلید محدود کردن نوع غباری بود که مشاهده میکردیم.»
با دادههای بهدستآمده، پژوهشگران اکنون قصد دارند بهدنبال ابرغولهای قرمز بیشتری بگردند که توسط غبار کربنی پنهان شدهاند.
نویسندگان در مقاله مینویسند: «SN 2025pht آغاز تحلیلهای ستاره پیشساز ابرنواختر با استفاده از JWST است.»
این نتایج نشان میدهند که چگونه فتومتری دقیق و پوشش طولموج گسترده JWST و ابزارهای قدرتمندش میتواند درک ما از ابرغولهای قرمز را شکل دهد و محدودیتهایی بر فیزیک آنها بگذارد.
در پایان مقاله آمده است: «با پاسخ دادن به پرسشهای طولانیمدت درباره حالتهای نهایی ستارگان پرجرم، اکنون بهتر میتوانیم شکاف میان تصویربرداری مستقیم از سیستمهای پیشساز ابرنواختر و محدودیتهای غیرمستقیم از فورانهای پیشانفجاری، منحنیهای نوری اولیه و طیفسنجی فلاش را پر کنیم.»
این کشف نهتنها یک معمای قدیمی را حل کرد، بلکه دریچهای تازه بهسوی درک بهتر تکامل ستارگان پرجرم و چگونگی تبدیل شدنشان به ابرنواخترهای نوع II گشود. JWST با تواناییاش در نفوذ به غبار، دارد نقش بزرگی در حل معماهای کیهانی ایفا میکند.
