دانشمندان لحظه انفجار یک ابرنواختر (Supernova) را ثبت کردند

۲۶ ساعت پس از شروع انفجار یک ابرنواختر، برای نخستین بار اخترفیزیک‌دانان توانستند داده‌های رصدی از یک ستاره در حال مرگ را به دست آورند. دانشمندان این مشاهدات را با تلسکوپ بسیار بزرگ رصدخانه جنوبی اروپا (ESO) به ثبت رساندند و اعلام کردند این کشف بخشی از رازهای پیچیده انفجارهای ابرنواختری را روشن‌تر می‌کند و دید تازه‌ای درباره سازوکارهای فیزیکی این پدیده‌ها ارائه می‌دهد.

ابرنواختر مورد نظر از نوع دوم و با نام SN 2024ggi شناخته می‌شود که در کهکشان مارپیچی NGC 3621 در فاصله حدود ۲۲ میلیون سال رخ داده است. انفجار ابرنواختر چند مرحله دارد که مهم‌ترین آن فروپاشی هسته‌ایست؛ در این مرحله ستاره یک هسته آهنی تشکیل می‌دهد و دیگر نمی‌تواند انرژی را از طریق همجوشی آزاد کند. هنگامی که جرم هسته به حد چاندراسخار (Chandrasekhar limit) می‌رسد، فشار تابشی ستاره توان مقابله با گرانش را ندارد و هسته فرو می‌ریزد، نتیجه اینکه پس از آن مرحله بازگشت هسته و موج شوک (موج ضربه‌ای) آغاز می‌شود؛ جایی که بخش‌های بیرونی ستاره به هسته متراکم برخورد کرده و با بازگشت، موج شوکی قدرتمند ایجاد می‌کنند.

به گفته پژوهشگران، مرگ ستارگان پرجرم با موج شوکی ناشی از فروپاشی هسته آغاز می‌شود که ستاره را از هم می‌پاشد و داده‌های جدید از لحظه عبور این موج شوک بخشی از پاسخ به این معما را روشن کرده است. یی یانگ (Yi Yang) در یک بیانیه مطبوعاتی توضیح داد: «هندسه انفجار ابرنواختر اطلاعات مهمی درباره تکامل ستاره و فرآیندهای فیزیکی پشت این پدیده‌های کیهانی ارائه می‌دهد.»

ابرنواختر SN 2024ggi نخستین بار توسط سامانه هشدار ATLAS شناسایی شد. دیتریش باده (Dietrich Baade)، ستاره‌شناس رصدخانه جنوبی اروپا (ESO) در آلمان، گفت: «اولین رصدهای VLT مرحله‌ای را ثبت کردند که در آن ماده‌ی شتاب‌گرفته از مرکز ستاره، سطح آن را شکافت و برای چند ساعت، شکل ستاره و انفجار آن هم‌زمان قابل مشاهده بود.»

در ادامه می‌توانید لحظه انفجار این ابرنواختر را مشاهده فرمایید:

ستاره‌ای که این ابرنواختر از آن به وجود آمد، یک ابرغول سرخ با جرمی بین ۱۲ تا ۱۵ برابر خورشید بود؛ نمونه‌ای کلاسیک از ابرنواخترهای که ناشی از فروپاشی هسته‌اند. موج شوک هنگام عبور از سطح ستاره انرژی عظیمی آزاد می‌کند و باعث درخشش شدید آن می‌شود؛ همان چیزی که از زمین و حتی از کهکشان‌های دور دیده می‌شود (ابرنواخترها می‌توانند تا شش ماه آسمان را روشن نگه دارند).

در آغاز شکست موج شوک، شکل آن قابل مشاهده است اما پس از برخورد با محیط اطراف تغییر می‌کند. تلسکوپ VLT برای نخستین بار این دوره کوتاه را با روش طیف‌قطب‌سنجی ثبت کرد؛ روشی که قطبش نور را در طول موج‌های مختلف اندازه‌گیری می‌کند و اطلاعاتی درباره میدان‌های مغناطیسی، دما و به‌ویژه شکل انفجار می‌دهد. لیفان وانگ (Lifan Wang)، استاد دانشگاه Texas A&M، توضیح داد: «طیف‌قطب‌سنجی اطلاعاتی درباره هندسه انفجار ارائه می‌دهد که دیگر روش‌ها به دلیل مقیاس بسیار کوچک قادر به ثبت آن نیستند.»

داده‌ها نشان دادند که انفجار اولیه شکلی بیضی‌مانند داشت و با گسترش و برخورد به مواد اطراف، شکل آن تخت‌تر شد اما محور تقارن حفظ شد. این موضوع اهمیت زیادی دارد زیرا دو مدل اصلی برای توضیح انرژی‌گیری موج شوک وجود دارد (مدل مبتنی بر نوترینو و مدل مبتنی بر جت). در مدل نوترینویی، موج شوک با گرمای ناشی از نوترینوها دوباره فعال می‌شود و انفجاری نامتقارن ایجاد می‌کند. در مدل دوم، جت‌های دو قطبی در امتداد محور چرخش ستاره پرتاب می‌شوند و انفجاری با تقارن محوری قوی شکل می‌دهند و مشاهدات VLT از SN 2024ggi تقارن محوری قوی نشان داد و بنابراین مدل نوترینویی را پشتیبانی نمی‌کند.

یانگ توضیح داد: «این یافته‌ها نشان می‌دهد یک سازوکار فیزیکی مشترک در انفجار بسیاری از ستارگان پرجرم وجود دارد که تقارن محوری مشخصی دارد و در مقیاس‌های بزرگ عمل می‌کند.» این سازوکار بیشتر با مدل جتی یا شاید مکانیزم‌های مغناطیسی-چرخشی که نادرتر هستند، سازگار است.

این پژوهش دامنه احتمالات درباره مرحله بازگشت هسته و موج شوک (موج ضربه‌ای) در انفجارهای ابرنواختری را محدودتر کرده و جزئیات بیشتری برای بهبود مدل‌های SN فراهم آورده است. نویسندگان در جمع‌بندی نوشتند: «طیف‌قطب‌سنجی SN 2024ggi انفجاری نسبتاً نامتقارن را نشان می‌دهد که محور تقارن مشخصی دارد و این محور از لحظه شکست موج شوک تا گسترش کامل ماده پرتاب‌شده حفظ می‌شود. بنابراین، این نشان می‌دهد که به‌جای انفجار کروی ناشی از بی‌ثباتی‌های کوچک، انفجار SN 2024ggi توسط سازوکاری هدایت می‌شود که از همان آغاز شکل انفجار را تعیین می‌کند.»

فردیناندو پاتات (Ferdinando Patat)، ستاره‌شناس ESO گفت: «این کشف نه‌تنها درک ما از انفجارهای ستاره‌ای را تغییر می‌دهد، بلکه نشان می‌دهد همکاری علمی فراتر از مرزها چه دستاوردهایی دارد. این یادآوری مفیدی است که کنجکاوی، همکاری و اقدام سریع می‌تواند بینش‌های عمیقی درباره فیزیکِ شکل‌دهنده جهان ما ارائه کند.»