خبرهای نجومی کیهان شناسی نجوم

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.

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.