کشف “بیوه سیاه” در فاصلۀ نزدیک با زمین - اخبار علمی سامانه آموزش مجازی فیزیک

در کهکشان ما اجرام غیرعادی کمین کرده‌اند و اخترشناسان به تازگی یکی از این اجرام عجیب را در فاصله تقریبی ۳۰۰۰ تا ۴۰۰۰ سال نوری از زمین شناسایی کردند که «بیوه سیاه» نام دارد.

به گزارش بیگ بنگ، پژوهشگران پس از بررسی درخشش نور اسرارآمیزی که از یک منظومه ستاره‌ای سرچشمه می‌گرفت، متوجه شدند که این درخشش مشکوک در حقیقت از یک ستاره «بیوه سیاه» کمیاب ساطع می‌شود – “بیوه سیاه” تپ اختری است که با سرعت حول خودش می‌چرخد و با بلعیدن آهسته ستاره کوچک همدمش، به حیات خود ادامه می‌دهد.

در بهترین حالت، تپ اخترهای بیوه سیاه ستارگانی کمیاب هستند – ما فقط یکی دو جین از این اجرام را در راه شیری می‌شناسیم. اما به نظر می‌رسد این بیوه سیاه یکی از غیرعادی‌ترین و احتمالاً عجیب‌ترین مثال از این نوع ستاره باشد. این منظومه دوتایی که ZFT J1406+1222 نام دارد، کوتاه‌ترین دورۀ تناوب مداری را دارد. در این منظومه، بیوه سیاه و ستارۀ همدمش هر ۶۲ دقیقه حول یکدیگر می‌چرند. عجیب‌تر آنکه به نظر می‌رسد این منظومه میزبان یک ستارۀ دورافتاده سوم است که حدوداً ۱۲ هزار سال طول می‌کشد تا حول دو ستاره دیگر بچرخد.

“کوین بِرج” سرپرست پروژه و فیزیکدان دانشگاه MIT گفت: «تا آنجایی که به بیوه‌های سیاه مربوط می‌شود، این منظومه واقعاً بی‌نظیر است، چون این منظومه را در نور مریی کشف کردیم و همچنین این منظومه از مرکز کهکشان سرچشمه میگیرد و همدم دورافتادهای دارد.» تپ اخترها زمانی پدیدار می‌شوند که هسته سنگین ستارگان ابرغول تا تشکیل ستارگان نوترونی برمبند. هنگامی که این ستارگان نوترونی به شدت مغناطیسی شده و با سرعت دور خودشان بچرخند، پدیده‌ای را تشکیل می‌دهند که آن را تپ اختر (پالسار) می‌نامیم.

تپ اخترها، مانند فانوس‌های دریایی فوق‌العاده درخشان در کیهان، با سرعت زیاد دور خودشان می‌چرخند و پرتو ایکس و پرتوهای گاما را در بازه‌های زمانی منظم، از چندبار در ثانیه گرفته تا دوره‌های کوتاهی که با میلی ثانیه شمارش می‌شوند، به سمت ما روانه می‌کنند. تپ اخترها بسته به میزان انرژی که از خود ساطع می‌کنند معمولاً خیلی سریع دور خودشان می‌چرخند و عمر کوتاهی دارند.

اما اگر یک ستاره عبوری زیاد به تپ اختر نزدیک شود، تپ اختر میتواند مثل یک انگل غول‌آسا مواد ستاره را به آهستگی بمکد و با تخلیه مداوم انرژی از این ستاره به چرخش خود ادامه دهد. تپ اختر از ستاره تغذیه می‌کند تا سرانجام ستاره به طور کامل بلعیده شود. “بِرج” عنوان کرد: «این منظومه‌ها را بیوه سیاه می‌نامند چون مانند عنکبوتی که تار خود را میخورد، این تپ‌اخترها نیز مواد را می‌بلعند و آنها را برای کسب انرژی بیشتر بازیافت می‌کنند.»

اخترشناسان با توجه به رصد پرتوهای گاما و اشعه ایکس – تابش فرکانس بالایی که از خود تپ اختر فوران می‌کند – قبلاً از وجود “منظومه‌های بیوه سیاه” آگاه بودند. اما پژوهشگران برای یافتن منظومه ZTF J1406+1222 از تکنیک جدیدی استفاده کردند: آنها نور مرئی ساطع شده از ستاره‌ای را رصد کردند که در حال بلعیده شدن بود. معلوم شد که طرف روز ستاره همدم که در قفل گرانشی بیوه سیاه قرار دارد می‌تواند چندین برابر از طرف شب آن داغ‌تر شود، و این نوسان شدید درخشندگی چیزی است که می‌تواند به راحتی شناسایی شود.

برای آزمودن این ایده، محققان از داده‌های رصدخانه «تجهیزات شناسایی گذرا زوویکی» (ZTF) در کالیفرنیا استفاده کردند و توانستند منظومه‌های بیوه سیاهی را که قبلاً دربارۀ آنها می‌دانستیم شناسایی کنند، و در نتیجه ثابت شد که این ایده عملی است. سپس آنها جستجوی بیوه‌های سیاه جدید را آغاز کردند و با منظومه ZTF J1406+1222 مواجه شدند که در آن درخشندگی ستاره همدم هر ۶۲ دقیقه با ضریب ۱۳ تغییر می‌کرد.

اولین‌بار بود که تپ‌اختر بیوه سیاهی به این روش شناسایی می‌شد و همین موضوع این کشف را فوق‌العاده هیجان‌انگیز می‌کرد. البته، بخش دیگر ماجرا منظومه اسرارآمیزی است که به طور اتفاقی کشف شد.

تپ اختر بیوه سیاه و ستاره همدمش نه تنها در تنگ‌ترین مارپیچ همنوع‌خواری که تا آن موقع مشاهده شده بود به یکدیگر قفل هستند، بلکه وقتی پژوهشگران به داده‌های اندازه‌گیری شده در نقشه‌برداری آسمانی دیجیتال اسلون (SDSS) رجوع کردند متوجه شدند که یک «ستاره زیرکوتوله خنک کمیاب با فلزینگی اندک» این منظومه دوتایی را دنبال می‌کند و فقط هر ۱۲ هزار سال یکبار حول این منظومه دوتایی می‌چرخد. حضور این ستاره دورافتادۀ سوم می‌توانست شاهدی بر کشف یک منظومه بیوه سیاه سه تایی بی‌سابقه باشد و اخترشناسان متحیر بودند که این منظومه سه تایی در ابتدا چگونه تشکیل شده است.

“بِرج” و همکارانش بر اساس داده‌های رصدی موجود، توضیحی برای این پدیده دارند. منظومه‌های دوتایی بیوه سیاه از جمعیت متراکم ستارگان پیر به وجود می‌آیند که به آنها «خوشه‌های کروی» می‌گویند. یکی از فرضیه‌ها بیان می‌کند که اگر این خوشۀ کروی خاص درون مرکز راه شیری وارد شده باشد، گرانش سیاهچاله مرکزی کهکشان ما ممکن است خوشه کروی را متلاشی کرده و فقط منظومه سه تایی بیوه سیاه را نگه داشته است.

“بِرج” گفت: «این فرضیه، سناریوی تولد پیچیده‌ای را مطرح می‌کند. این منظومه احتمالاً خیلی پیش از آنکه خورشید به وجود آید در راه شیری حضور داشته است.» عجیب‌تر آنکه، در حالی‌که دانشمندان می‌توانستند با استفاده از نور مرئی منظومه ZTF J1406+1222 را شناسایی کنند، وقتی این منظومه را برای یافتن پرتوهای گاما یا اشعه ایکس رصد کردند عملاً نتوانستند چیزی ببینند که نشان می‌دهد این منظومه ممکن است اصلاً بیوه سیاه نباشد.

“بِرج” افزود: «چیزی که با اطمینان می‌دانیم این است که ما ستارهای را می‌بینیم که طرف روز آن بسیار داغ‌تر از طرف شب آن است و هر ۶۲ دقیقه حول چیزی می‌گردد. همۀ شواهد حاکی از وجود یک منظومه دوتایی بیوه سیاه است. اما چیزهای عجیی درباره این منظومه وجود دارند و بنابراین ممکن است با پدیدهای کاملاً جدید سر و کار داشته باشیم.» پژوهشگران قصد دارند رصد این منظومه را ادامه دهند تا شاید ایدۀ بهتری برای تبیین آن به دست آورند.

جالب اینکه این پدیده ممکن است برای مطالعه بیشتر «فیزیک پس‌زنی ستارگان نوترونی» نیز کاندیدای اصلی باشد. اخترشناسان می‌دانند که وقتی ستارگان نوترونی تشکیل می‌شوند، یک نیروی «پس‌زن» دریافت می‌کنند که نتیجه آن چرخش ستاره با سرعت بالا حول خودش است. اما هنوز معلوم نیست که این نیروی «پس‌زن» از کجا سرچشمه می‌گیرد. داستان عجیب تولد این منظومه اسرارآمیز شاید کلید حل این معما باشد. «چیزهای زیادی درباره این منظومه وجود دارند که هنوز از آنها سردر نمی‌آوریم. اما برای جستجوی این منظومه‌ها در آسمان روش جدیدی در اختیار داریم.» این مقاله در مجله Nature منتشر شده است.

منبع: سایت علمی بیگ بنگ