مرگ شگفت انگیز ستارگان باستانی

* برخی از ستارگان آغازین - آن هایی که میان ۵۵۰۰۰ تا ۵۶۰۰۰ برابر خورشید جرم داشته اند- احتمالا با مرگی نامعمول و شگفت انگیز از میان رفته اند. این اجرام که جزو نخستین نسل از ستارگان کیهان بوده اند، در زمان مرگ، به شکل ابرنواخترهایی منفجر شده و "به طور کامل" سوخته و از بین رفتند، بدون آن که هیچ سیاهچاله ای از خود به جای بگذارند.
این تصویر برشی از درون یک ستاره ی ابرپرجرم با ۵۵۵۰۰ برابر جرم خورشید را در راستای محور تقارن آن نشان می دهد. در تصویر هسته ی هلیومی درون ستاره را می بینیم که همجوشی هسته ای در آن در حال تبدیل هلیوم به اکسیژن، و پدید آوردن انواع ناپایداری های شاری است (خط های چرخان). این تصویر یک نمای ثابت از یکی از شبیه هازی های CASTRO است که یک دَم از یک روز پس از آغاز انفجار را می نمایاند، زمانی که شعاع دایره ی بیرونی کمی بیشتر از مدار زمین به گرد خورشید است. این چشم دید در VisIT انجام شد. تصویر بزرگ تر
این نتیجه ایست که اخترفیزیکدانان دانشگاه سانتاکروز کالیفرنیا (UCSC) و دانشگاه مینه سوتا پس از انجام چند شبیه‌سازی ابررایانه ای در بخش انرژیِ NERSC و بنیاد ابررایانش مینه سوتا در دانشگاه مینه سوتا به آن دست یافتند. آن ها به گونه‌ی گسترده ای به CASTRO تکیه کردند، گونه ای کد اخترفیزیکی فشردنی که در آزمایشگاه ملی لورنس برکلی طراحی شده. یافته های آنان در نشریه ی آستروفیزیکال (ApJ) منتشر شده است.

ستارگان نسل نخست به ویژه از آن رو جالبند که نخستین عناصر سنگین کیهان، یعنی عنصرهای شیمیایی به جز هیدروژن و هلیوم را پدید آوردند. آن ها با مرگشان، عنصرهای شیمیایی که در خود پدید آورده بودند را به فضای بیرون فرستادند و راه را برای نسل های بعدی ستارگان، سامانه های ستاره ای و کهکشان ها هموار ساختند. دانشمندان امیدوارند تا با شناخت و آگاهی بیشتر درباره ی چگونگی مرگ این ستارگان، به بینش هایی درباره ی این که کیهان چگونه به آنچه امروزه می‌بینیم رسید دست یابند.

کی-جونگ چن، یک پژوهشگر پسادکترا در UCSC می گوید: «ما دریافتیم که محدوده ی باریکی هست که در آن، ستارگان ابَرپرجرم می توانند به جای آن که به یک سیاهچاله ی ابرپرجرم تبدیل گردند، به طور کامل منفجر شوند- هیچ کس تاکنون چنین سازوکاری را ندیده.» چن که نویسنده ی اصلی پژوهشنامه ی ApJ هم هست می افزاید: «رسیدن به این نتایج بدون منابع NERSC به زمان بسیار درازتری نیاز می داشت. از دید یک کاربر، این تاسیسات بسیار کارآمدند و اینجا جای بسیار مناسبی برای کارهای علمی است.»

شبیه سازی ماجرا
چن و همکارانش برای شبیه سازی زندگی یک ستاره ی ابرپرجرم باستانی از یک کد تک بعدی فرگشت ستاره ای به نام KEPLER کمک گرفتند. در این کد، فرآیندهایی کلیدی مانند سوختن هسته ای و همرفت ستاره ای به کار می رود. در مورد ستارگان بزرگ، فروپاشی نوری عناصر، جفت سازی الکترون-پوزیترون و اثرهای نسبیت خاص هم در آن در نظر گرفته می شوند. این دانشمندان همچنین اثرهای نسبیت عام که برای ستارگان بزرگ تر از ۱۰۰۰ برابر جرم خورشید اهمیت دارد را هم به شبیه سازی افزودند.

در شبیه سازی آنان، ستارگان آغازین با جرمی میان ۵۵۰۰۰ تا ۵۶۰۰۰ برابر جرم خورشید حدود ۱.۶۹ میلیون سال زندگی کرده و سپس به دلیل اثرهای نسبیت عام ناپایدار شده و شروع به رُمبش می کردند. ستاره هم زمان با رمبش، به سرعت با همجوشی هلیوم در هسته اش عنصرهای سنگینی مانند اکسیژن، نئون، منیزیم، و سیلیسیم را می سازد. این فرآیند به آزادسازی انرژی‌ای بیش از "انرژی بستگی" ستاره می انجامد و در پی آن، رمبش متوقف شده و باعث رخ دادن انفجاری سهمگین به نام ابرنواختر می شود.

چن و همکارانش با بهره از CASTRO - یک کد اخترفیزیکی فشردنی چندبعدی که توسط دانشمندان، آن آلمگرن و جان بل در آزمایشگاه برکلی طراحی شده- سازوکار مرگ این ستارگان را هم شبیه سازی کردند. این شبیه سازی ها نشان می دهند که به محض وارونه شدن روند رمبش، ناپایداری های ریلی- تیلور باعث می شود عنصرهای سنگینی که در واپسین لحظه‌های زندگی ستاره در دل آن ساخته شده بودند، با هم بیامیزند. به گفته ی این پژوهشگران، این آمیزش باید بتواند یک شناسه ی دیداری نمایان پدید آورد که در آینده بتوان با دستگاه های فروسرخ-نزدیکی مانند تلسکوپ اقلیدس سازمان فضایی اروپا و تلسکوپ پیمایشی فروسرخ میدان-گسترده ی ناسا آن را شناسایی کرد.

برخی از ستارگان ابرپرجرم بسته به شدت ابرنواخترشان می توانند به هنگام انفجار، سرتاسر کهکشان میزبانشان و حتی برخی از کهکشان های نزدیک را سرشار از عنصرهایی از کربن تا سیلیسیم کنند. در برخی موارد ابرنواخترها حتی شاید بتوانند فورانی از ستاره زایی (ستاره فشانی) را هم در کهکشان میزبانشان به راه بیندازند و از نظر دیداری چهره ی آن را از کهکشان های جوان متمایز کنند.

چن می گوید: «من در کارم به بررسی ابرنواخترهای ستارگان بسیار پرجرم با فرآیندهای فیزیکی تازه ای فراتر از هیدرودینامیک پرداختم، از همین رو سال ها با آلمگرن در سازگار کردن CASTRO برای چندین پروژه ی گوناگون و متفاوت همکاری کردم. من پیش از انجام شبیه سازی هایم معمولا درباره ی فیزیکی که برای حل یک مساله ی ویژه نیاز دارم فکر می کنم. سپس با کمک آن آلمگرن کدهایی را طراحی کرده و در CASTRO وارد می کنم. این یک سامانه ی بسیار کارآمد است.»

چن برای پیش چشم آوردن داده هایش از یک ابزار متن‌باز به نام VisIt بهره گرفت که توسط هنک چایلدز، از دانشمندان پیشین آزمایشگاه برکلی ساخته شده. وی می گوید: «بیشتر وقت ها خودم کار به تصویر کشیدن داده هایم را انجام می دادم ولی اگر به چیزهایی بر می خوردم که نیاز به تغییر یا سفارشی کردن داشت ایمیلی به هنک می فرستادم که بسیار برایم سودمند بود.»

چن بیشتر این پژوهش را زمانی که دانشجوی کارشناسی ارشد در دانشگاه مینه سوتا بود انجام داد. وی در سال ۲۰۱۳ دکترای فیزیکش را گرفت.

در همین زمینه: * کشف ردپای یکی از نخستین ستارگان کیهان در یک ستاره پیر 

واژه نامه:
star - Sun - solar mass - supernova - black hole - UCSC - supercomputer simulation - DOE - NERSC - CASTRO - Astrophysical Journal - ApJ - element - hydrogen - helium - solar system - galaxy - Ke-Jung Chen - code - KEPLER - photo-disintegration - electron - positron - special relativistic - general relativistic - neon - magnesium - silicon - core - CASTRO - multidimensional compressible astrophysics code - Ann Almgren - John Bell - Rayleigh-Taylor instability - European Space Agency - Euclid - NASA - Wide-Field Infrared Survey Telescope - carbon - hydrodynamic - open source - VisIt - Hank Childs - Ph.D - axis of symmetry - Earth

منبع: sciencedaily

0 دیدگاه شما:

Blogger template 'Browniac' by Ourblogtemplates.com 2008

بالای صفحه