مشاهده جدید ابرنواخترها: دریچه‌ای به رازهای کیهانی گذشته!

مشاهدات جدید از یک سوپرنوا با کمترین فلزات

یک تیم بین‌المللی از محققان مشاهدات جدیدی از یک سوپرنوا غیرمعمول انجام داده و موفق به شناسایی کم‌فلزترین انفجار ستاره‌ای شده‌اند که تاکنون مشاهده شده است. این سوپرنوا نادر که با نام 2023ufx شناخته می‌شود، از فروپاشی هسته یک ستاره ابرغول قرمز به وجود آمده و در حاشیه یک کهکشان کوتوله نزدیک منفجر شده است.

نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که مشاهدات این سوپرنوا و کهکشان محل کشف آن از نظر وجود فلزات در سطح پایینی قرار دارند، به این معنی که عناصر سنگین‌تر از هیدروژن یا هلیوم در آن‌ها به وفور یافت نمی‌شود. از آنجا که فلزات تولید شده در سوپرنواها ویژگی‌های آن‌ها را تعیین می‌کنند، از جمله چگونگی تکامل و مرگ ستاره‌ها، یادگیری بیشتر در مورد شکل‌گیری آن‌ها می‌تواند اطلاعات زیادی درباره وضعیت جهان در زمان آغاز آن به ستاره‌شناسان بدهد. به ویژه اینکه در زمان تولد جهان، عملاً هیچ فلزی وجود نداشت، گفت مایکل تاکر، نویسنده اصلی این مطالعه و پژوهشگر مرکز کیهان‌شناسی و فیزیک ذرات آسترو در دانشگاه ایالتی اوهایو.

تاکر افزود: “اگر شما کسی هستید که می‌خواهید پیش‌بینی کنید که کهکشان راه شیری چگونه شکل گرفته است، باید ایده‌ای خوبی از چگونگی تأثیر ستاره‌های انفجاری اولیه بر نسل بعدی داشته باشید.” او ادامه داد: “درک این موضوع به دانشمندان مثال بسیار خوبی از چگونگی تأثیر این اشیاء اولیه بر محیط اطرافشان می‌دهد.”

کهکشان‌های کوتوله به ویژه به عنوان مدل‌های محلی مفیدی برای شرایطی هستند که دانشمندان ممکن است انتظار داشته باشند در جهان اولیه مشاهده کنند. به گفته تاکر، به لطف این کهکشان‌ها، ستاره‌شناسان می‌دانند که در حالی که کهکشان‌های اولیه کم‌فلز بودند، تمام کهکشان‌های بزرگ و درخشان نزدیک به کهکشان راه شیری زمان کافی برای انفجار ستاره‌ها و افزایش میزان فلزات داشتند.

میزان فلزاتی که یک سوپرنوا دارد همچنین بر جنبه‌هایی مانند تعداد واکنش‌های هسته‌ای که ممکن است داشته باشد یا مدت زمان درخشندگی انفجار آن تأثیر می‌گذارد. این یکی از دلایلی است که بسیاری از ستاره‌های کم‌جرم نیز گاهی در معرض خطر فروپاشی به سیاه‌چاله‌ها قرار دارند. این مطالعه به تازگی در مجله نجوم فیزیکی منتشر شده است.

در حالی که رویدادی که تیم تاکر مشاهده کرده است تنها دومین سوپرنوا با کمترین فلزات شناسایی شده است، آنچه که آن را غیرمعمول می‌کند، موقعیت آن نسبت به کهکشان راه شیری است، گفت تاکر. معمولاً هر سوپرنوا کم‌فلز که ستاره‌شناسان انتظار دارند پیدا کنند، به دلیل فاصله زیاد، بسیار کم‌نورتر از آن است که از کهکشان ما قابل مشاهده باشد.

کشف کهکشان‌های فقیر از نظر فلز با تلسکوپ فضایی جیمز وب

با ظهور ابزارهای قدرتمندتری مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا، شناسایی کهکشان‌های دورافتاده و فقیر از نظر فلز به طرز چشمگیری آسان‌تر شده است. تاکر می‌گوید: “در جهان نزدیک، مکان‌های فقیر از نظر فلز چندان زیاد نیستند و قبل از JWST، پیدا کردن آن‌ها دشوار بود.” اما مشاهده 2023ufx به یک تصادف خوشایند برای محققان تبدیل شد. مشاهدات جدید از این ابرنواختر خاص نشان داد که بسیاری از ویژگی‌ها و رفتارهای آن به‌طور قابل توجهی با دیگر ابرنواخترها در کهکشان‌های نزدیک متفاوت است.

به عنوان مثال، این ابرنواختر دوره‌ای از درخشش داشت که حدود 20 روز ثابت ماند قبل از اینکه کاهش یابد، در حالی که درخشش همتایان غنی از فلز آن معمولاً حدود 100 روز طول می‌کشید. این مطالعه همچنین نشان داد که مقدار زیادی ماده با سرعت بالا در حین انفجار پرتاب شده است، که نشان می‌دهد این ستاره باید در زمان انفجار بسیار سریع می‌چرخیده است. این نتیجه نشان می‌دهد که ستاره‌های فقیر از نظر فلز که به سرعت می‌چرخند، باید در روزهای اولیه جهان نسبتاً رایج بوده‌اند، گفت تاکر.

تئوری تیم او این است که ابرنواختر احتمالاً بادهای ستاره‌ای ضعیفی داشت — جریاناتی از ذرات که از جو ستاره ساطع می‌شوند — که منجر به تولید و آزادسازی این مقدار انرژی شد. به طور کلی، مشاهدات آن‌ها زمینه‌سازی برای اخترشناسان است تا بهتر بررسی کنند که چگونه ستاره‌های فقیر از نظر فلز در محیط‌های کیهانی مختلف زنده می‌مانند و ممکن است به برخی نظریه‌پردازان کمک کند تا رفتار ابرنواخترها را در جهان اولیه به دقت بیشتری مدل‌سازی کنند. تاکر می‌گوید: “اگر شما کسی هستید که می‌خواهید پیش‌بینی کنید که کهکشان‌ها چگونه شکل می‌گیرند و تکامل می‌یابند، اولین چیزی که می‌خواهید این است که ایده خوبی از اینکه ستاره‌های منفجر شده اولیه چگونه بر منطقه محلی خود تأثیر گذاشتند، داشته باشید.”

تحقیقات آینده ممکن است به تعیین این بپردازد که آیا ابرنواختر در یک زمان بزرگ‌تر بوده است، چه به عنوان یک ستاره فوق‌العاده بزرگ یا اینکه آیا مواد آن توسط یک همدم دوتایی که هنوز کشف نشده است، جدا شده‌اند. تا آن زمان، محققان باید منتظر بمانند تا داده‌های بیشتری در دسترس قرار گیرد. تاکر می‌گوید: “ما هنوز در اوایل دوران JWST هستیم و هنوز بسیاری از چیزهایی که درباره کهکشان‌ها درک نمی‌کنیم را پیدا می‌کنیم. امید بلندمدت این است که این مطالعه به عنوان یک معیار برای کشفیات مشابه عمل کند.”

این کار با حمایت بنیاد ملی علوم، شورای تحقیقات اروپا (ERC)، جایزه محقق جوان شورای تحقیقات استرالیا (DECRA) و ناسا انجام شده است. کریستوفر اس. کخانک از دانشگاه ایالت اوهایو نیز یکی از نویسندگان همکار این مطالعه بود.