کشف نخستین سامانه دوتایی کوتوله سفید که چشمه امواج گرانشی هم هست

* اخترشناسان دو کوتوله‌ی سفید را یافته‌اند که به گرد یکدیگر در چرخشند و احتمالا امواج گرانشی هم پدید می‌آورند.

کوتوله‌های سفید زمانی ساخته می‌شوند که ستارگان خورشیدسان در پایان زندگی که سوخت همجوشی‌شان ته می‌کشد و لایه‌های بیرونی خود را به فضا پس می‌زنند و یک هسته‌ی چگال و داغ که کوتوله‌ی سفید نام دارد از خود به جا می‌گذارند. دانشمندان سال‌هاست که وجود سامانه‌های دوتایی از دو کوتوله‌ی سفید را پیش‌بینی کرده‌اند. بر پایه‌ی نسبیت عام، چرخش دو جرم سنگین مانند این دو به گرد یکدیگر باید باعث گسیلش انرژی در شکل امواج گرانشی بشود، موج هایی در بافت فضازمان.

برداشت هنری از نخستین سامانه‌ی دوتایی کوتوله‌ی سفید هسته-هلیومی تاییدشده که چشمه‌ی امواج گرانشی هم هست- تصویر بزرگ‌تر

این یافته‌ی تازه امواج گرانشی نیست بلکه یافته شدن سامانه‌ایست که می‌تواند یک چشمه‌ی امواج گرانشی باشد. ولی نکته اینجاست که این کشف نه تنها شناخت ما از این سامانه‌ها و چشمه‌های امواج گرانشی را بالاتر می‌برد، بلکه در اعتباربخشی به کارایی یک دستگاه که سال ۲۰۳۴ آغاز به کار خواهد کرد هم اهمیت دارد.

این دستگاه، رصدخانه‌ی امواج گرانشی "لیزا" (LISA، آنتن فضایی تداخل‌سنج لیزری) است که از این سامانه‌ی دوتایی برای آموختن پایه‌ای و اصولی بهره خواهد گرفت. از آنجایی که از پیش از وجود این سامانه آگاهیم، این آزمایش خوبی خواهد بود که ببینیم دستگاه می‌تواند آن را درست پیدا کند یا نه.

موکوئمین کیلیک، یکی از نویسندگان این پژوهش از دانشگاه اوکلاهما می‌گوید: «شناسایی سامانه‌های دوتایی [مناسب لیزا] مهم است زیرا می‌دانیم که لیزا آنها را در چند هفته پس از روشن کردن تلسکوپ‌هایش خواهد دید. امروزه تنها شمار اندکی از چشمه‌های مناسب لیزا را می‌شناسیم. یافتن نخستین پیش‌نمونه از رده‌ی تازه‌ای از این دوتایی‌ها ما را بسیار جلوتر از همه‌ی پیش‌بینی‌های ممکن خواهد برد.»

این سامانه که جی۲۳۲۲+۰۵۰۹ نام دارد و پژوهشگران مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونین (سی‌اف‌ای) آن را یافته‌اند از دو کوتوله‌ی سفید با هسته‌های هلیومی تشکیل شده که آشکارا دو ستاره‌ی جداگانه هستند. این سامانه یک دوره‌ی مداری کوتاه ۱۲۰۱ ثانیه‌ای دارد (تنها کمی بیش از ۲۰ دقیقه) و نخستین نمونه‌ی چشمه‌ی امواج گرانشی از این نوع است که تاکنون شناسایی شده.

وارن براون، اخترشناس سی‌اف‌ای و نویسنده‌ی اصلی این پژوهش می‌گوید: «به پیش‌بینی نظریه‌ها، دوتایی‌های کوتوله‌ی سفیدِ هسته-هلیومی در کیهان فراوانند. این کشف این پیش‌بینی‌ها و آزمایش‌های آینده را تقویت می‌کند تا بتوانیم شمار بیشتری از این ستارگان را بیابیم و شمار واقعی‌شان را بسنجیم.»

این سامانه که دوره‌ی مداری‌اش سومین دوره‌ی مداریِ کوتاه در میان همه‌ی دوتایی‌های یافته شده است، پیدا کردنش تا اندازه‌ای دشوار بود. براون می‌گوید: «این سامانه منحنی نور نداشت. ما نمی‌توانستیم یک سیگنال شیدسنجی (فتومتری) ببینیم زیرا سیگنالی در کار نبود.» بنابراین دانشمندان به جای آن که برای شناسایی حرکت مداری آن یک بررسی شیدسنجی انجام دهند (که به جستجوی خود نور می‌پردازد)، از روش طیف‌بینی کمک گرفتند که چگونگیِ برهم‌کنش مواد با پرتوهای الکترومغناطیسی (مانند نور دیدنی) را مشاهده می‌کند.

اگرچه دیدن ستاره سخت بود، ولی این پژوهشگران با بهره از محاسبه‌های نظری پی برند که این گونه از سامانه‌ها چشمه‌های بی‌اندازه نیرومندِ امواج گرانشی هستند. بر پایه‌ی سنجش این دانشمندان، از آنجایی که این سامانه با زمین همتراز است، دستگاه‌ها باید بتوانند سیگنال‌هایی تا ۲.۵ برابر نیرومندتر از سیگنال‌هایی که از همین گونه سامانه‌ها با جهت‌گیری‌های دیگر دریافت می‌شود را از آن دریافت کنند.

ولی این سامانه به دلیل همین امواج گرانشی فراوانی که دانشمندان امیدوارند روزی از آن ببینند، تا همیشه دوتایی نخواهد ماند. براون می‌گوید: «مدار این دو جرم دارد تباهیده می‌شود [دو جرم دارند به هم نزدیک و نزدیک‌تر می‌شوند-م]. امواج گرانشی‌ای که دارد گسیلیده می‌شود باعث شده دو جرم انرژی از دست بدهند؛ این دو جرم تا شش یا هفت میلیون سال دیگر با هم ادغام شده و یک کوتوله‌ی سفید پرجرم‌تر را خواهند ساخت.»

گزارش این دانشمندان در شماره‌ی پیش‌چاپ روز ۳ آوریل نشریه‌ی arXiv منتشر شده و برای انتشار در نشریه‌ی آستروفیزیکال جورنال لترز هم پذیرفته شده است.

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

تلگرام و توییتر یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

twitter.com/1star_7sky

واژه نامه:

white dwarf - star - sun - core - binary system - general relativity - gravitational wave - spacetime - LISA - Laser Interferometer Space Antenna - J2322+0509 - Mukuemin Kilic - University of Oklahoma - Center for Astrophysics - CfA - Harvard - helium - orbital period - Warren Brown - light curve - photometric - spectroscopic - electromagnetic - Earth - arXiv - Astrophysical Journal Letters

منبع: Space.com

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان