یک فرانواختر چگونه پدید می‌آید؟

چگونه یک فرانواختر بسازیم؟

فرانواخترها (hypernovas) نیرومندترین گونه از انفجارهای ابرنواختری در کیهانند که ۱۰ تا حتی ۱۰۰ برابر درخشان‌تر از ابرنواخترهای معمولی‌اند. این انرژی به اندازه‌ی تمام شدنِ ۱۰۰ هزار باره‌ی خورشید، یا فراهم کردن برق مصرفی کنونی کل دنیا برای چند میلیارد، میلیارد، میلیارد سال آینده بسنده می‌کند.

ولی اگرچه فرانواخترها بی‌تردید نیرومند و آتشینند، به گونه‌ای باورنکردنی کمیاب نیز هستند و ما تاکنون در پیمایش‌های کیهانی‌ای که در چند دهه‌ی گذشته کامل کرده‌ایم تنها چند ده نمونه از آنها را دیده‌ایم. نمونه‌های شناخته شده‌ی آنها به اندازه‌ای کم است که حتی رده‌بندی‌شان هم برای اخترشناسان کار دشواری است، گاهی آنها را فرانواختر می‌نامند و گاهی ابرنواختر فرا-تابناک، و گاهی هم آنها را زیررده‌ی متفاوتی از ابرنواخترهای معمولی می‌خوانند. با داده‌های اندک، دانشمندان حتی برای پی بردن به چگونگی رخ دادن آنها و این که چه چیزی به آنها نیرو می‌دهد هم با چالش روبرواند.

در اینجا نگاهی به چند نظریه درباره‌ی چگونگی پیدایش این انفجارهای سهمگین و درخشان می‌اندازیم:

برداشت هنری از یک فرانواختر

رُمب‌اخترها را بینید

هنگامی که ستارگان بزرگ می‌میرند دستخوش انفجاری بزرگ می‌شوند. آنها در چند دقیقه‌ی پایان زندگی‌شان یک هسته‌ی چگال آهن و نیکل می‌سازند. برخلاف عنصرهای سبک‌تر، همجوشی آهن به جای آزاد کردن انرژی، انرژی می‌گیرد. از آنجایی که دیگر انرژی‌ای نیست که جلوی وزن خُردکننده‌ی جو ستاره را بگیرد، ستاره به گونه‌ای مرگبار در خود می‌رُمبد.

ولی در واپسین لحظه‌های ستاره، هسته‌ی لهیده‌اش خود را به توپی تقریبا ناب (خالص) از نوترون تبدیل می‌کند که در یک دم جلوی رُمبش خود را می‌گیرد و به جهشی بزرگ و به دنبالش، انفجاری تماشایی می‌انجامد: یک ابرنواختر. [بخوانید: * سرعت رخ دادن یک ابرنواختر چقدر است؟]

گاهی این هسته از انفجار جان به در می‌برد و به عنوان یک ستاره‌ی نوترونی وارد یک دوره‌ی بازنشستگی آرام و درازمدت می‌شود. ولی گاهی، اگر جرم آغازین ستاره ۴۰ برابرِ خورشید یا بیشتر باشد، این گوی نوترونی چگال هم در برابر فشار گرانش شانسی پیدا نخواهد کرد. در مواقع دیگر برای ستارگان کوچک‌تر، اگر شرایط درست و مناسب باشد، مواد به اندازه‌ی کافی خواهد بود که دوباره پس از انفجار آغازین، بر سر ستاره‌ی نوترونی نوزاد برُمبد. [گویا منظورش ستارگان کوچک‌تر در همین رده از ستارگان غول‌پیکر است-م]

در موارد دیگر [ستارگان پرجرم‌تر در همین رده‌ی ستارگان غول‌پیکر-م]، ستاره‌ی نوترونی هم در خود می‌رمبد و دیگر هیچ چیزی نمی‌تواند جلوی "گرانش" را برای کاری که بهتر از همه انجام می‌دهد بگیرد: کوچک‌تر کردن چیزها. و در این مورد، به سرچشمه‌ی غایی گرانشِ افسارگریخته می‌انجامد و یک "سیاهچاله" متولد می‌شود [در حقیقت رُمب‌اختر یا collapsar همان سیاهچاله‌ای ستاره‌ای است-م].

اگر آن ستاره چرخشی سریع داشته، خروار خروار از موادی که می‌چرخند و به درون سیاهچاله‌ی تازه می‌ریزند باعث برانگیختگی دیوانه‌وارِ نیروهای الکتریکی و مغناطیسی شده و شرایطی مناسب برای فوران فواره‌هایی از مواد پدید می‌آورند که با سرعتی نزدیک به سرعت نور از سیاهچاله بیرون می‌زنند. این فواره‌ها سپس به هر گونه پرتابه‌ای که از انفجار آغازین به جا مانده کوبیده می‌شوند و دوباره آنها را در انفجاری سوزان به آتش می‌کشند و می‌توانند برخی از فرانواخترهایی که در آسمان می‌بینیم را پدید بیاورند.

کشیدن فرش از زیر پا

اگرچه مدل "رمب‌اختر" می‌تواند رفتار برخی فرانواخترها را توضیح دهد، ولی برای همه کارایی ندارد. یک سرچشمه‌ی احتمالی دیگر برای این انفجارهای هولناک شاید در قلب خود ستارگان باشد.

درون هسته‌ی ستارگان غول‌پیکر، عنصرها هم‌می‌جوشند و انرژی تابشی آزاد می‌کنند. این تابش، گاز پیرامون را پس می‌راند و جلوی رمبش گرانشی آن را می‌گیرد. این فرآیندها با هم به خوبی و خوشی می‌توانند کاری کنند که ستاره میلیون‌ها یا حتی میلیاردها سال به زندگی ادامه دهد.

ولی می‌دانید که چگونه می‌شود یک الکترون را با پادذره‌اش -پوزیترون- پیوند داد و توده‌ای انرژی ناب آزاد کرد؟ این انرژی به شکل پرتو گاما است، کمی تابش پرانرژی.

خوب، وارونه‌ی این فرآیند هم در عمل می‌تواند درست به همین سادگی رخ دهد: اگر یک پرتو گامای پرانرژی داشته باشید، این پرتو می‌تواند روزی تصمیم بگیرد به گونه‌ی خودجوش به یک جفت ذره -یک الکترون و یک پوزیترون- تبدیل شود.

بنابراین در دوزخ خشماگین مرکز ستاره، این "تولید جفت ذره" همواره و پیوسته رخ می‌دهد. و الکترون‌ها و پوزیترون‌ها به سرعت یکدیگر را پیدا می‌کنند، دوباره به تابش تبدیل می‌شوند، و به ستاره امکان می‌دهند که به هستی خود ادامه دهد [چنانچه گفتیم، همین تابش‌ها جلوی رمبش ستاره را می‌گیرند-م]. ولی اگر حتی اندکی ترازِ (تعادلِ) این چرخه به هم بخورد، جفت ذره‌های بسیار فراوانی می‌توانند پدید بیایند. اگر چنین چیزی رخ دهد، در همان پنجره‌ی زمانی بی‌اندازه کوچکِ پیش از آن که جفت‌ها دوباره پرتو گاما شوند، ستاره می‌تواند پایداری خود را از دست بدهد.

در زمانی کمتر از یک تپش قلب، فرش از زیر پای ستاره کشیده می‌شود و همه چیز کن فیکون می‌شود. کل ستاره (ستاره‌ای ده‌ها برابر پرجرم‌تر از خورشید) با یک روند شتاب‌گرفته و نابودکننده‌ در خود فرومی‌رُمبد و انرژی‌ای بیش از آنچه به طور معمول می‌تواند را آزاد می‌کند و بنابراین به یک فرانواختر می‌انجامد.

برادرکشی

گاهی ستارگان در تنهایی می‌میرند، مانند آنچه بالا دیدیم. ولی گاهی هم یک دوست تماشاگر مرگشان است، و چیزها می‌توانند بسیار سریع، بسیار زشت شوند.

گاهی یکی از ستاره‌های یک سامانه‌ی دوتایی منفجر می‌شود و یک ستاره‌ی نوترونی به جا می‌گذارد. سپس ستاره‌ی همدمش نیز نفس آخر را می‌کشد و با همه‌ی فر و شکوهش منفجر می‌شود.

اگر شرایط مناسب باشد، این ستاره‌ی منفجرشده‌ی دوم می‌تواند به اندازه‌ای مواد روی ستاره‌ی نوترونی همدمش بریزد که به یک واکنش هسته‌ای افسارگسیخته بیانجامد. این همان گونه فرآیندی‌ست که ابرنواختر گونه‌ی یکم‌ای (Type 1a) را می‌آفریند، ولی اینجا در ابعادی بزرگ‌تر- به بیان دیگر، یک فرانواختر.

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

تلگرام و توییتر یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

twitter.com/1star_7sky

واژه‌نامه:

hypernova - supernova - sun - superluminous supernova - collapsar - star - core - iron - nickel - element - fusion - neutron - neutron star - black hole - electricity - magnetism - speed of light - electron - anti-particle - positron - gamma ray - nuclear reaction -

منبع: Space.com

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان