آنچه هابل از سرچشمه امواج گرانشی دید

در تاریخ ۱۷ اوت ۲۰۱۷، رصدخانه ی تداخل لیزری امواج گرانشی (لیگو یا لایگو) و تداخل‌سنج ویرگو هر دو با هم هشدار یک رویداد امواج گرانشی به نام GW170817 را دادند [۱]. حدود دو ثانیه پس از دریافت امواج گرانشی، تلسکوپ اینتگرال سازمان فضایی اروپا (INTEGRAL) و تلسکوپ فضایی پرتوگامای فرمی ناسا هم یک انفجار پرتو گامای زودگذر را در همان راستا مشاهده کردند.

تصاویر هابل نشان می‌داد که نور این کیلونواختر در مدت ۶ روز، از ۲۲ تا ۲۸ اوت خاموش شد. تصویر بزرگ‌تر

در شب بعد از کشف آغازین، ناوگانی از تلسکوپ‌ها جستجو برای شکار سرچشمه‌ی این رویداد را آغاز نمودند، و آن را در یک کهکشان بیضیگون به نام ان‌جی‌سی ۴۹۹۳، در فاصله‌ی ۱۳۰ میلیون سال نوری در صورت فلکی مار باریک یافتند. یک نقطه‌ی روشن در جایی که پیش‌تر چیزی نبود دیده می‌شد و همین آغازگر یکی از بزرگ‌ترین کارزارهای رصد چند-تلسکوپی تا به امروز شد؛ یکی از تلسکوپ‌های این کارزار، تلسکوپ فضایی هابل ناسا بود.

گروه‌های گوناگونی از دانشمندان، تا بیش از دو هفته پس از هشدار امواج گرانشی، تلسکوپ هابل را برای رصد ان‌جی‌سی ۴۹۹۳ به کار گرفتند. توانایی هابل در تصویربرداری با وضوح بالا به آنها کمک کرد تا نخستین مورد اثبات رصدی یک "کیلونواختر"، همتای دیداری (مریی) ادغام دو جرم بی‌اندازه چگال که به احتمال بسیار دو ستاره‌ی نوترونی بودند را انجام دهند [۲]. چنین ادغام‌هایی نخستین بار ۳۰ سال قبل پیش‌بینی شده بود ولی این نخستین بار بود که به گونه‌ای استوار دیده و تایید می‌شدند [۳]. این نه تنها نزدیک‌ترین چشمه‌ی امواج گرانشی دریافت شده تا به امروز بود، بلکه نزدیک‌ترین رویداد انفجار پرتوگاما که تاکنون دیده شده نیز بود.

اندرو لیوِن از دانشگاه وارویک که رهبر یکی از گروه‌های رصد با تلسکوپ هابل در این کارزار بود می‌گوید: «تا دیدم همزمان با آشکارسازی لایگو و ویرگو یک انفجار پرتوگاما هم دیده شده از جا پریدم. زمانی که پی بردم گویا پای ستارگان نوترونی در میان بوده از این هم بیشتر شگفت‌زده شدم. ما مدت‌ها در انتظار چنین فرصتی بودیم.»

هابل عکس‌هایی در طیف دیدنی (مریی) و فروسرخ از کهکشان ان‌جی‌سی ۴۹۹۳ گرفت که در آنها یک جرم درخشانِ تازه در آن دیده می‌شد، چیزی درخشان‌تر از یک نواختر ولی کم‌سوتر از یک ابرنواختر. عکس‌ها نشان می‌دادند که این جرم در مدت ۶ روز - از ۲۲ تا ۲۸ اوت- پس از رصدهای هابل، به اندازه‌ی چشمگیری کم‌نور شد. دانشمندان همچنین با بهره از توانایی‌های طیفی هابل نشانه‌هایی از موادی یافتند که داشتند با سرعت یک پنجم سرعت نور از این "کیلونواختر" پس‌زده می‌شدند.

نیال تنویر، استاد دانشگاه لیستر و رهبر یکی دیگر از گروه‌های رصدی هابل می‌گوید: «من شگفت‌زده شدم از این که دیدم رفتار کیلونواختر تا این اندازه با پیش‌بینی‌ها همخوانی داشت. این اصلا مانند ابرنواخترهای شناخته شده نبود...»

روند کاهش نور و سرانجام خاموشی کیلونواختر درون کهکشان ان‌جی‌سی ۴۹۹۳ در طیف فرابنفش از ۱۸ اکتبر (۱۵ ساعت پس از انقجار) تا ۲۹ اکتبر، از چشم تلسکوپ فضایی سویفت ناسا

ربط دادن کیلونواخترها و فوران‌های پرتوگاما به ستارگان نوترونی تا امروز کار دشواری بود، ولی رصدهای پرجزییات بسیاری که پس از آشکارسازی رویداد امواج گرانشیِ GW170817 در چندین طول موج انجام شد سرانجام مهر تاییدی بر ارتباط میان آنها زد.

لیون می‌گوید: «طیف این کیلونواختر دقیقا مانند چیزی بود که فیزیکدانان نظری برای ادغام دو ستاره‌ی نوترونی پیش‌بینی کرده بودند. این طیف بی‌هیچ تردیدی این جرم را به سرچشمه‌ی امواج گرانشی ربط می‌داد.»

طیف‌های فروسرخی که هابل دریافت کرد در چندین جا ناهمواری‌های گسترده داشت که خبر از پیدایش برخی از سنگین‌ترین عنصرهای طبیعت را می‌داد. این داده‌ها می‌تواند به یک پرسش دیرپای دیگر نیز پاسخ دهد: ریشه‌ی عنصرهای شیمیایی سنگینی مانند طلا و پلاتین [۴]. در فرآیند ادغام دو ستاره‌ی نوترونی، شرایط برای پیدایش این عنصرها مناسب به نظر می‌رسد.

این رصدها پیامدهای بسیار چشمگیری دارند. تنویر می‌گوید: «این کشف پنجره‌ای تازه در اخترشناسی گشوده که در آن می‌توانیم داده‌های امواج الکترومغناطیسی و داده‌های امواج گرانشی را با هم بیامیزیم. ما آن را اخترشناسی "چند پیام‌رسان" (multi-messenger) نامیده‌ایم- ولی تا امروز این گونه اخترشناسی برایمان یک رویا بوده.»

لیون در پایان می‌گوید: «اکنون دیگر اخترشناسان تنها به نور یک جرم نگاه نمی‌کنند (کاری که صدها سالست انجام می‌دهیم)، بلکه به آن گوش هم می‌دهند. امواج گرانشی اطلاعاتی تکمیلی برای اجرامی فراهم می‌کنند که بررسی آنها تنها از راه امواج الکترومغناطیسی بسیار دشوار است. بنابراین همراهی امواج الکترومغناطیسی و گرانشی با هم به اخترشناسان در بررسی و شناخت برخی از افراطی‌ترین رویدادهای جهان هستی کمک خواهد کرد.»

برداشت هنری از ادغام دو ستاره‌ی نوترونی. تصویر بزرگ‌تر

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

یادداشت‌ها:

۱] چین و شکن‌های بافت فضازمان که به نام امواج گرانشی شناخته می‌شوند از حرکت اجرام پدید می‌آیند، ولی آشکارسازهای گرانشی امروزی تنها شدیدترین این امواج را می‌توانند آشکار کنند، آنهایی که دستاورد دگرگونی‌های سریع اجرام بسیار چگالند. امواج گرانشی که [امروزه] از روی زمین دریافت می‌شوند در پی برخورد اجرام سنگینی مانند سیاهچاله‌ها و ستارگان نوترونی پدید می‌آیند.

۲] یک ستاره‌ی نوترونی زمانی پدید می‌آید که هسته‌ی یک ستاره‌ی بزرگ (با جرم دستکم هشت برابر جرم خورشید) می‌رُمبد. این فرآیند به اندازه‌ای خشن است که الکترون‌ها و پروتون‌ها را در هم فشرده و ذرات زیراتمی دیگری به نام نوترون می‌سازد. این ذرات به کمک فشار تبهگنی نوترون در برابر رمبش و فشردگی بیشتر پایداری می‌کنند، و همین به پیدایش ستارگان نوترونی می‌انجامد که کوچک‌ترین و چگال‌ترین ستارگان شناخته شده‌ی کیهانند.

۳] در سال ۲۰۱۳ اخترشناسان گزارش‌هایی منتشر کردند که نشانگر ارتباط یک کیلونواختر با یک انفجار پرتوگامای کوتاه-دوره بود. شواهد درون این گزارش نسبت به گزارش‌های کنونی قطعیت بسیار کمتری داشتند و در نتیجه بسیار بحث‌برانگیزتر بودند.

۴] این داده‌ها نشانگر پیدایش عنصرهای سنگین‌تر از آهن بودند که از راه واکنش‌های هسته‌ای در اجرام ستاره‌ای بسیار چگال، و در فرآیندی که به نام هسته‌زایی فرآیند-آر (r-process) شناخته می‌شود پدید می‌آیند، چیزی که تاکنون تنها آن را از دید نظری می‌شناختیم.

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

کانال تلگرام یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

واژه نامه:

Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory - LIGO - Virgo Interferometer - gravitational wave - GW170817 - INTEGRAL - Fermi Gamma-ray Space Telescop - gamma-ray burst - lenticular galaxy - NGC 4993 - NASA - ESA - Hubble Space Telescope - kilonova - neutron star - Andrew Levan - University of Warwick - galaxy - visible - infrared - nova - supernova - speed of light - Nial Tanvir - University of Leicester - spectrum - multi-messenger - electromagnetic wave - Earth - black holes - core - star - Sun - proton - electron - neutron - degeneracy pressure - iron - nuclear reaction - r-process - nucleosynthesis

منبع: spacetelescope

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان