راز سهمگین ترین انفجارهای کیهان

* بر پایه ی پژوهشی تازه، برخی از بزرگ ترین انفجارهای کیهان توسط پرقدرت ترین آهنرباهای کیهانی رخ می دهند: ستارگان نوترونی با میدان های مغناطیسی ابر-نیرومند که به نام "مگنتار" شناخته می شوند.

مشاهدات انجام شده در رصدخانه های پارانال و لاسیای رصدخانه ی جنوبی اروپا (ESO) در شیلی برای نخستین بار پیوندی را میان یک فوران بسیار بلندمدت پرتو گاما و یک انفجار ابرنواختری بی اندازه درخشان نشان داده اند. این مشاهدات نمایانگر آنست که دلیل آن ابرنواختر چنان چه انتظار می رفت، واپاشی رادیواکتیو نبوده، بلکه واپاشی میدان های مغناطیسی اَبَر-نیرومند پیرامون یک جرم شگفت آور به نام مگنتار بوده است. دستاوردهای این پژوهش در شماره ی ۹ ژوییه ی ۲۰۱۵ نشریه ی نیچر انتشار یافته است.

برداشت هنری از فوران پرتو گاما و ابرنواختری که توسط یک مگنتار پدید آمده اند- تصویر بزرگ تر- اندازه های دیگر را در این پیوند ببینید

فوران ها یا انفجارهای پرتو گاما (GRBها) از پیامدهای بزرگ ترین انفجارهایی هستند که پس از مهبانگ در جهان رخ داده و می دهد. این فوران ها توسط تلسکوپ های مدارگردی آشکار می شوند که نسبت به این گونه از پرتوهای پرانرژی حس‌مند هستند، پرتوهایی که نمی توانند از سد جو زمین بگذرند و بنابراین از روی زمین آشکار نمی شوند و در طول موج های بلندتر نیز نه تلسکوپ های زمینی و نه دیگر تلسکوپ های فضایی توان ردیابی و دریافتشان را ندارند.

GRBها به طور معمول تنها چند ثانیه دوام می آورند، ولی در مواردی بسیار کمیاب، تابش پرتوهای گامای آن ها تا چند ساعت هم ادامه می یابد [۱]. یکی از چنین GRBهای فرا-بلندمدتی در روز ۹ دسامبر ۲۰۱۱ توسط ماهواره ی سویفت دیده شد و GRB 111209A نام گرفت. این فوران هم یکی از بلندترین و هم یکی از درخشان ترین GRBهایی بود که تاکنون دیده شده.

با فروکش کردن پس‌تاب های فوران، دانشمندان آن را با بهره از دستگاه GROND روی تلسکوپ ۲.۲ متری MPG/ESO در رصدخانه ی لاسیا و همچنین با کمک دستگاه X-افکن (x-shooter) روی تلسکوپ بسیار بزرگ (وی‌ال‌تی، VLT) در پارانال بررسی کردند و نشانه ی آشکار یک ابرنواختر را یافتند که سپس SN 2011kl نامیده شد. این نخستین بار بود که یک ابرنواختر به همراه یک GRBی فرا-بلندمدت دیده می شد [۲].

نویسنده ی اصلی پژوهشنامه ی تازه، یوخن گراینر از بنیاد فیزیک فرازمینی ماکس پلانک در گارچینگ آلمان چنین توضیح می دهد: «از آنجایی که یک فوران پرتو گامای بلندمدت تنها در هر ۱۰ هزار-۱۰۰ هزار مورد ابرنواختر رخ می دهد، پس ستاره ای که منفجر شده بود می بایست به گونه ای ویژه باشد. پنداشت اخترشناسان این بود که این GRBها زیر سر ستارگان بسیار بزرگند -با جرمی حدود ۵۰ برابر جرم خورشید- و نیز این که نوید پیدایش یک سیاهچاله را می دهند. ولی اکنون رصدهای تازه ی ما از ابرنواختر SN 2011kl که در پی GRB 111209A یافته شد، دارد این الگوواره ی GRBهای فرا-بلندمدت را تغییر می دهد.»

در سناریوی رُمبش یک ستاره ی بزرگ (ستاره ای که گاهی به نام رُمب‌اختر یا collapsar خوانده می شود)، انتظار می رود فوران پرتوهای فروسرخ/دیدنی (مریی) که به مدت یک هفته از آن دریافت می شود، از واپاشی پرتوزای نیکل-۵۶ که در خود انفجار ساخته شده سرچشمه بگیرد [۳]. ولی در مورد GRB 111209A، آمیزه ی مشاهدات GROND و VLT برای نخستین بار آشکارا نشان داد که چنین چیزی نمی توانسته رخ داده باشد [۴]. پیشنهادهای دیگر نیز همگی رد شدند [۵].

تنها توضیحی که با رصدهای انجام شده روی ابرنواختر، پس از فوران GRB 111209A سازگاری داشت این بود که این انفجار زیر سر یک مگنتار بوده - یک ستاره ی نوترونی کوچک که صدها بار در ثانیه به گرد محورش می چرخد و دارای یک میدان مغناطیسی بسیار نیرومندتر از ستارگان نوترونی معمولی است. مگنتارها به نام تپ اخترهای رادیویی هم شناخته می شوند [۶]. باور بر اینست که مگنتارها مغناطیده ترین اجرام شناخته شده در کیهانند. این نخستین بارست که دانشمندان توانسته اند چنین پیوند آشکار و بی‌ابهامی را میان یک ابرنواختر و یک مگنتار بیابند.

پائولو ماتزالی، یکی از نویسندگان پژوهشنامه، اهمیت این یافته ی تازه را یادآوری می کند: «این دستاوردهای تازه شواهد خوبی برای یک پیوند نامنتظره میان GRBها، ابرنواخترهای بسیار درخشان، و مگنتارها فراهم می کنند. برخی از این پیوندها پیش از این هم در زمینه های نظری گمانشان می رفت، ولی ربط دادن همه چیز به هم یک پیشرفت تازه و هیجان انگیز است.»

یوخن گراینر در پایان می گوید: «مورد SN 2011kl/GRB 111209A ما را وادار می کند تا یک جایگزین برای نظریه ی رمب‌اختر در نظر بگیریم. این یافته ما را بسیار به یک نمای نو و روشن تر از سازوکار GRBها نزدیک تر می کند.

---------------------------------------------

یادداشت ها:

۱] فوران های پرتو گامای بلندمدت معمولی چیزی میان ۲ تا ۲۰۰۰ ثانیه می پایند (دوام می آورند). تاکنون چهار GRB با مدت هایی میان ۱۰ هزار تا ۲۵ هزار ثانیه یافته شده که به نام GRBهای فرا-بلندمت شناخته شده اند. همچنین یک رده ی جداگانه از GRBهای کوتاه-مدت تر وجود دارد که به باور دانشمندان، از سازوکاری متفاوت پدید می آیند. 

۲] در آغاز، پیوند میان ابرنواخترها و GRBهای بلندمدت معمولی در سال ۱۹۹۸ و به ویژه با مشاهدات رصدخانه های ESO از ابرنواختر SN 1998bw یافته و سپس در سال ۲۰۰۳ با مشاهدات GRB 030329 تایید شد. 

۳] پنداشته می شود خود GRB از فواره های نسبیتی که توسط مواد ستاره که داشتند از راه یک قرص برافزایشی داغ و فشرده بر روی جرم چگال مرکزی می رُمبیدند سرچشمه گرفته بود. 

۴] مقدار نیکل-۵۶ که با دستگاه GROND در این ابرنواختر اندازه گرفته شد بسیار بیش از آن بود که با پرتوهای پرقدرت فرابنفشی که توسط دستگاه X-افکن دریافت شده بود جور در بیاید. 

۵] یکی از چشمه های انرژی که برای توضیح ابرنواخترهای ابر-درخشان پیشنهاد شده بود، برهمکنش های ضربه ای با موادی بود که شاید پیش از انفجار، از پوسته های پس زده ی ستاره در محیط پخش شده بودند. پیشنهاد دیگر، در نظر گرفتن یک ابرغول آبی به عنوان ستاره ی زادار (پدیدآورنده ی) ابرنواختر بود. در مورد SN 2011kl، مشاهداتی که انجام شد آشکارا هر دوی این گزینه ها را رد می کرد. 

۶] تپ اخترها فراوان ترین رده از ستارگان نوترونی دیدارپذیرند، ولی مگنتارها دارای میدان های مغناطیسی ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ بار نیرومندتر از تپ اخترها هستند.

در همین زمینه: * انفجارهای پرتو گاما توان زیست پذیری برخی کهکشان ها را کاهش می دهند * انفجارهای "تاریک" پرتو گاما * درخشان ترین انفجار کیهان خبر از تولد یک سیاهچاله می داد * انفجاری که به کشف دو کهکشان باستانی انجامید 

واژه نامه:

ESO - La Silla - Paranal - Chile - gamma ray - supernova - radioactive decay - magnetic field - magnetar - Nature - Gamma-ray burst - GRB - Big Bang - Earth - atmosphere - wavelength - Swift - GRB 111209A - afterglow - GROND - MPG/ESO - X-shooter - Very Large Telescope - VLT - SN 2011kl - Jochen Greiner - Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik - Garching - star - Sun - black hole - ultra-long duration GRB - collapsar - nickel-56 - neutron star - radio pulsar - Paolo Mazzali - relativistic jet - accretion disc - ultraviolet - blue supergiant - progenitor star

منبع: رصدخانه ی جنوبی اروپا (ESO)

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان