شاید برای نخستین بار، تولد یک سیاهچاله از برخورد دو ستاره نوترونی را دیده باشیم

* ادغام چشمگیر دو ستاره‌ی نوترونی در پاییز گذشته که به گسیل امواج گرانشی انجامید به احتمال بسیار کار دیگری هم کرد: ساختن یک سیاهچاله، سیاهچاله‌ای که می‌تواند کم‌جرم‌ترین سیاهچاله‌ی یافته شده تا به امروز باشد.

امواج گرانشی این رویداد در روز ۱۷ اوت ۲۰۱۷ توسط رصدخانه‌ی تداخل لیزری امواج گرانشی (لیگو یا لایگو) دریافت شد. این پژوهش تازه، با بررسی تازه‌ روی داده‌های پرتو ایکسی که رصدخانه‌ی پرتو X چاندرای ناسا در روزها، هفته‌ها و ماه‌های پس از دریافت امواج گرانشی گرد آورده بود انجام شده.

بالا: برداشت هنری از رویداد GW170817  که در آن دو ستاره‌ی نوترونی با هم ادغام شدند و امواج گرانشی گسیلیدند.

پایین: روند این رویداد در ماه‌های بعدی از چشم تلسکوپ چاندرا. رنگ بنفش پسماندهای ادغام را نشان می‌دهد. اندازه‌ی بزرگ‌تر (۲.۲ مگ)

اگرچه این رویداد (که جی‌دبلیو۱۷۰۸۱۷ نام گرفت) با همه‌ی تلسکوپ‌های حرفه‌ای بررسی شد، ولی داده‌های پرتو ایکس چاندرا در شناخت رویدادهای پس از برخورد دو ستاره‌ی نوترونی داده‌هایی کلیدی‌اند. [خبر این رویداد را خوانده بودید: * دریافت همزمان امواج گرانشی و امواج الکترومغناطیسی از یک رویداد کیهانی برای نخستین بار]

دانشمندان با بهره از داده‌های لایگو جرم چیزی که پس از برخود پدید آمده بود را حدود ۲.۷ جرم خورشید برآورد کردند. این میزان جرم روی یک مرز است: یا پرجرم‌ترین ستاره‌ی نوترونی که تاکنون یافته شده، یا کم‌جرم‌ترین سیاهچاله‌ای که تاکنون یافته شده. کوچک‌ترین سیاهچاله‌هایی که پیش از این یافته شده بود جرمشان از چهار یا پنج برابر خورشید کمتر نبود.

دیو پولی، رهبر این پژوهش از دانشگاه ترینیتی می‌گوید: «اگرچه هم ستارگان نوترونی و هم سیاهچاله‌ها پر از راز و رمزند، ولی ما تاکنون به کمک تلسکوپ‌هایی مانند چاندرا بسیاری از آنها را در گوشه و کنار کیهان بررسی کرده‌ایم. بنابراین هم داده‌ها و هم نظریه‌هایی در مورد رفتاری که این اجرام باید در طیف X داشته باشند داریم.»

داده‌های چاندرا کارهای کرده و ناکرده‌ی این اجرام را نشان می‌دهد. اگر از برخورد دو ستاره‌ی نوترونی یک ستاره‌ی نوترونی سنگین‌ترِ دیگر پدید بیاید، پس چشمداشت ما اینست که چرخشی سریع داشته و میدان مغناطیسی بسیار نیرومندی پدید آورده باشد. این هم به نوبه‌ی خود می‌بایست حبابی گسترنده (رو به گسترش) از ذرات پرانرژی بسازد که در طیف X می‌درخشد.

ولی سطح پرتوهای ایکسی که چاندرا دریافت کرده صدها برابر کمتر از چیزیست که از یک ستاره‌ی نوترونی سریع‌چرخان که دستاورد یک ادغام است انتظار می‌رود؛ ولی حبابی از ذرات پرانرژی دیده شده که آن هم می‌تواند نشانگر ساخته شدن سیاهچاله باشد.

اگر این تایید شود، نشان‌دهنده‌ی اینست که روند ساخته شدن یک سیاهچاله گاهی می‌تواند روندی پیچیده باشد. در مورد جی‌دبلیو۱۷۰۸۱۷، دو انفجار ابرنواختری دو ستاره‌ی نوترونی ساختند که به اندازه‌ای نزدیک به هم بودند که گسیلش امواج گرانشی‌شان توانست مدارشان را تنگ‌تر کرده و به برخوردشان بیانجامد.

پاوان کومار از دانشگاه تگزاس، آستین می‌گوید: «ما احتمالا پاسخ یکی از ساده‌ترین پرسش‌ها درباره‌ی این رویداد خیره‌کننده را یافته‌ایم: این رویداد چه ساخت؟ اخترشناسان مدت‌ها بر این گمان بودند که ادغام ستارگان نوترونی می‌بایست یک سیاهچاله و انفجاری از تابش‌ها پدید بیاورد، ولی تا پیش از این، نمونه‌ی خوبی درین باره نداشتیم.»

تا دو سه روز پیش از رویداد، هیچ چشمه‌ی پرتو ایکسی در داده‌های چاندرا دیده نمی‌شد، ولی در عکس‌های ۹، ۱۵، و ۱۶ روز پس از رویداد دیده می‌شد. اندکی بعد خورشید جلوی دید چاندرا را گرفت، ولی در حدود ۱۱۰ روز پس از رویداد، چاندرا درخشش بیشتری را دریافت کرد، و حدود ۱۶۰ روز بعد هم باز پرتو ایکسی تقریبا به همین شدت مشاهده می‌شد.

پولی و همکارانش با هم‌سنجی داده‌های آرایه‌ی بسیار بزرگ کارل جی جانسکی (وی‌ال‌ای) و داده‌های چاندرا به این نتیجه رسیدند که این پرتوهای X به طور کامل مربوط به برخورد موج شوک ناشی از رویداد ادغامِ دو ستاره‌ی نوترونی به گازهای پیرامون هستند. نشانه‌ای از پرتوهای X سرچشمه گرفته از یک تک-ستاره‌ی نوترونی نبود.

نظریه‌ی پولی می‌تواند در رصدهای رادیویی و پرتو X آینده بررسی شود. اگر بازمانده‌ی این رویداد یک ستاره‌ی نوترونی با میدان مغناطیسی نیرومند باشد، پس این چشمه در چند سال آینده، با برخورد حباب ذرات پرانرژی با موج شوک، باید در طیف‌های رادیویی و پرتو X درخشان‌تر شود. اگر هم به راستی یک سیاهچاله باشد، پس چون درخشش آن تنها ناشی از موج شوک است، انتظار می‌رود با ضعیف شدن موج شوک، این درخشش هم کمتر شود.

جی. کریگ ویلر، یکی دیگر از نویسندگان پژوهش از دانشگاه تگزاس می‌گوید: «جی‌دبلیو۱۷۰۸۱۷ از آن رویدادهای کیهانیست که همچنان به بذل و بخشش ادامه می‌دهد. ما داریم تنها از همین رویداد، چیزهای بسیاری درباره‌ی فیزیکِ چگال‌ترین اجرامِ شناخته شده‌ی کیهان می‌آموزیم.»

اگر رصدهای آینده نشانگر یک ستاره‌ی نوترونی پرجرم باشد، چنین کشفی می‌تواند نظریه‌ها درباره‌ی ساختار ستارگان نوترونی و بیشینه‌ی ممکنِ جرمشان را به چالش بکشد.

بروس گاسن از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی می‌گوید: «زمانی که من تازه کارم را آغاز کرده بودم، اخترشناسان تنها می‌توانستند ستارگان نوترونی و سیاهچاله‌ها در کهکشان خودمان را ببینند، ولی اکنون داریم این ستارگان شگفت‌انگیز را در سرتاسر کیهان می‌بینیم. چه هیجان‌انگیز است زندگی در روزگاری که دستگاه‌هایی مانند لایگو و چاندرا این همه چیزهای تکان‌دهنده در طبیعت را به ما نشان می‌دهند.»

پژوهشنامه‌ی این دانشمندان در آخرین شماره‌ی نشریه‌ی آستروفیزیکال جورنال لترز منتشر شده و نگارش برخط آن هم در دسترس است.

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

تلگرام و توییتر یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

twitter.com/1star_7sky

واژه‌نامه:

neutron star - gravitational wave - black hole - NASA - Chandra X-ray Observatory - Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory - LIGO - gamma ray - Fermi mission - GW170817 - X-rays - Sun - Dave Pooley - Trinity University - San Antonio - Texas - magnetic field - supernova - Pawan Kumar - University of Texas - Austin - NSF - Karl G. Jansky Very Large Array - VLA - shock wave - sonic boom - supersonic plane - radio - J. Craig Wheeler - galaxy - Bruce Gossan - University of California - Berkeley - The Astrophysical Journal Letters

منبع: nasa

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان