انفجار ستاره‌ای باستانی: کشف کم‌فلزترین ابرنواختر و اسرار جهان اولیه!

نگاهی نو به ابرنواختری با کمترین ردپای فلزات

گروهی بین‌المللی از پژوهشگران، رصدهای تازه‌ای از یک ابرنواخترِ خاص انجام داده‌اند که منجر به شناسایی کم‌فلزترین انفجار ستاره‌ای ثبت‌شده تا به امروز شد. این ابرنواختر نادر، که با نام 2023ufx شناخته می‌شود، از فروپاشی هسته‌ی یک ستاره‌ی غول‌پیکر سرخ رنگ به‌وجود آمده و در حاشیه‌ی یک کهکشان کوتوله‌ی نزدیک، منفجر شده است.

نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که این ابرنواختر و کهکشانی که در آن کشف شده، از نظر وجود فلزات در سطح بسیار پایینی قرار دارند. به این معنا که عناصری سنگین‌تر از هیدروژن یا هلیوم در آن‌ها به‌وفور یافت نمی‌شود. با توجه به اینکه فلزات تولید شده در ابرنواخترها، ویژگی‌های آن‌ها را تعیین می‌کنند، از جمله چگونگی تکامل و پایان عمر ستاره‌ها، آگاهی بیشتر درباره‌ی شکل‌گیری‌شان، می‌تواند اطلاعات ارزشمندی در مورد وضعیت عالم در دوران آغازینش در اختیار ستاره‌شناسان قرار دهد. مایکل تاکر، نویسنده‌ی اصلی این مقاله و پژوهشگر مرکز کیهان‌شناسی و فیزیک ذرات آسترو در دانشگاه ایالتی اوهایو، در این‌باره می‌گوید: “مخصوصاً در زمان تولد عالم، تقریباً هیچ فلزی وجود نداشت.”

تاکر اضافه می‌کند: “اگر شما می‌خواهید پیش‌بینی کنید که کهکشان راه‌شیری چگونه شکل گرفته، باید درک درستی از این داشته باشید که ستاره‌های انفجاری ابتدایی، چه تأثیری بر نسل‌های بعدی خود گذاشته‌اند.” او ادامه می‌دهد: “فهم این موضوع، به دانشمندان نمونه‌ی خوبی از چگونگی تأثیر این اجرام اولیه بر محیط پیرامونشان می‌دهد.”

کهکشان‌های کوتوله به خصوص به عنوان الگوهای محلی مفید برای شرایطی به شمار می‌روند که دانشمندان احتمال می‌دهند در کیهان اولیه وجود داشته باشد. به گفته‌ی تاکر، به لطف این کهکشان‌ها، ستاره‌شناسان می‌دانند که در حالی که کهکشان‌های اولیه کم‌فلز بودند، اما تمامی کهکشان‌های بزرگ و درخشان نزدیک به راه شیری، زمان کافی برای انفجار ستاره‌ها و افزایش میزان فلزات را داشته‌اند.

مقدار فلزاتی که یک ابرنواختر دارد، بر جنبه‌هایی مانند تعداد واکنش‌های هسته‌ای که ممکن است تجربه کند یا مدت زمان درخشندگی انفجارش، تأثیر می‌گذارد. این یکی از دلایلی است که بسیاری از ستارگان کم‌جرم هم، گاهی در معرض خطر فروپاشی به سیاه‌چاله قرار دارند. این پژوهش، به‌تازگی در ژورنال فیزیک نجومی منتشر شده است.

تاکر می‌گوید: “اگرچه این رخداد، دومین ابرنواختر کم‌فلز شناسایی‌شده است، اما موقعیت مکانی‌اش نسبت به کهکشان راه‌شیری آن را از بقیه متمایز می‌کند”. معمولاً هر ابرنواختر کم‌فلزی که ستاره‌شناسان انتظار دارند پیدا کنند، به دلیل فاصله‌ی زیاد، به اندازه‌ای کم‌نور است که از کهکشان ما قابل رصد نیست.

کشف کهکشان‌های کم‌فلز با بهره‌گیری از تلسکوپ فضایی جیمز وب

با ظهور ابزارهای قدرتمندتری مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا، شناسایی کهکشان‌های دورافتاده و فقیر از نظر فلز، بسیار آسان‌تر شده است. تاکر می‌افزاید: “در عالم نزدیک، جاهای کم‌فلز چندان زیاد نیستند و قبل از JWST، پیدا کردن آن‌ها دشوار بود.” اما مشاهده‌ی 2023ufx، به یک اتفاق خوب برای محققان تبدیل شد. رصدهای جدید از این ابرنواختر خاص نشان داد که بسیاری از ویژگی‌ها و رفتار‌های آن، با سایر ابرنواخترها در کهکشان‌های نزدیک، تفاوت‌های چشمگیری دارد.

به‌عنوان مثال، این ابرنواختر دوره‌ای از درخشندگی داشت که حدود 20 روز ثابت ماند قبل از اینکه کم شود، در حالی که درخشندگی نمونه‌های پر‌فلز آن، معمولاً حدود 100 روز طول می‌کشید. این پژوهش همچنین نشان داد که مقدار زیادی ماده با سرعت بالا در حین انفجار، پرتاب شده است، که نشان می‌دهد ستاره‌ی این ابرنواختر، هنگام انفجار، بسیار سریع می‌چرخیده است. تاکر می‌گوید: “این نتیجه نشان می‌دهد که ستارگان کم‌فلزی که با سرعت می‌چرخند، می‌بایست در روزهای اولیه‌ی عالم، نسبتاً فراوان بوده باشند”.

نظریه‌ی تیم تحقیقاتی این است که ابرنواختر احتمالاً بادهای ستاره‌ای ضعیفی داشته است — جریانی از ذرات که از اتمسفر ستاره منتشر می‌شوند — که سبب تولید و آزادسازی این مقدار انرژی شده است. به طور کلی، مشاهدات آن‌ها مسیری هموار برای اخترشناسان ایجاد می‌کند تا بهتر دریابند که چگونه ستارگان کم‌فلز در محیط‌های کیهانی متفاوت دوام می‌آورند و ممکن است به برخی نظریه‌پردازان کمک کند تا رفتار ابرنواخترها را در عالم اولیه، با دقت بیشتری مدل‌سازی کنند. تاکر می‌گوید: “اگر شما می‌خواهید پیش‌بینی کنید که کهکشان‌ها چگونه شکل می‌گیرند و توسعه می‌یابند، اولین نکته‌ای که باید در نظر داشته باشید، این است که بدانید ستاره‌های منفجر‌شده‌ی اولیه، چگونه بر محیط اطرافشان اثر گذاشته‌اند”.

پژوهش‌های آینده، ممکن است به این موضوع بپردازد که آیا ابرنواختر در زمانی بزرگ‌تر بوده است — خواه به عنوان یک غول فوق‌العاده بزرگ یا اینکه آیا مواد آن توسط یک همراه دوتایی که هنوز کشف نشده، جدا شده‌اند. تا آن زمان، محققان باید صبر کنند تا داده‌های بیشتری در دسترس قرار گیرد. تاکر می‌گوید: “ما هنوز در ابتدای دوران JWST هستیم و همچنان در حال کشف بسیاری از چیزهایی هستیم که درباره‌ی کهکشان‌ها نمی‌دانستیم. امید درازمدت این است که این پژوهش، به‌عنوان معیاری برای کشف‌های مشابه، عمل کند”.

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