تلسکوپ فضایی جیمز وب راز دیرینه‌ ابرنواختر نزدیک به زمین را حل کرد

در سال ۱۹۸۷ آسمان زمین دراثر رویدادی کمیاب روشن شد. انفجار نور از ستاره‌ای در حال مرگ در ابر ماژلانی که به ابرنواختر تبدیل می‌شد، برای اولین‌باردر ماه فوریه مشاهده‌پذیر بود. این رویداد در فاصله‌‌ی ۱۶۸هزار سال نوری از ما چنان درخشان بود که از سطح سیاره با چشم غیرمسلح دیده می‌شد. این بارقه‌ی نور به‌تدریج روشن و سپس درطول ماه‌های بعد محو شد.

از آن زمان، مواد پرتاب‌شده در جریان ابرنواختر که اکنون SN 1987A نامیده می‌شود، به تکامل خود ادامه داده؛ اما دیگر صرفا از طریق تلسکوپ مشاهده‌پذیر است. نزدیکی این ابرنواختر به زمین، چشم‌اندازی بی‌سابقه از پیامدهای فوری و تکامل رویداد مرگ ستاره‌ای عظیم به دانشمندان داده است.

بااین‌حال، سوالی واضح برای اخترشناسان وجود دارد. چه بلایی بر سر هسته‌ی باقی‌مانده از ستاره آمده است؟ از آن زمان ستاره‌شناس‌ها به دنبال رصد بقایای ستاره‌ای هستند که در نزدیکی مرکز ابرنواختر قرار دارد.

به لطف قدرت تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) گروهی از دانشمندان توانستند به ماهیت هسته‌ی این ابرنواختر پی ببرند. برخلاف تصورات گذشته، انفجار SN 1987A نه سیاه‌چاله، بلکه ستاره‌ نوترونی بسیار چگالی را به‌وجود آورده است.

ابرنواختر حاصل از فروپاشی هسته‌ی ستاره‌ی کلان‌جرم، یکی از شدیدترین رویدادهایی است که در جهان رخ می‌دهد. این ابرنواخترها زمانی به وجود می‌آیند که ستاره‌ای کلان‌جرم با حداقل جرم هشت برابر خورشید به پایان سوخت همجوشی خود می‌رسد. وقتی همجوشی متوقف شود، فشار بیرونی که تولید می‌کند، در برابر فشار درونی گرانش کافی نیست و ستاره منفجر می‌شود.

به همین دلیل، مواد خارجی به داخل فضا پراکنده می‌شوند، اما هسته‌ی ستاره بر اثر گرانش به جرمی فوق چگال تبدیل می‌شود. ماهیت جرم باقی‌مانده به جرم اولیه‌ی ستاره وابسته است. محاسبات نشان می‌دهند سرنوشت ستاره‌ای با جرم بین ۸ الی ۳۰ برابر جرم خورشیدی به ستاره نوترونی ختم می‌شود و سیاه‌چاله می‌تواند سرنوشت ستاره‌های سنگین‌تر باشد.

پژوهش جدید پنج‌شنبه‌ی گذشته در مجله‌ی ساینس منتشر شد. دانشمندان از قابلیت‌های بی‌سابقه‌ی فروسرخ جیمز وب برای نفوذ به هاله‌ی اطراف SN 1987 A استفاده کردند. آن‌ها از ابتدا ستاره‌‌ی نوترونی را باقی‌مانده‌ی محتمل‌تری برای این ابرنواختر می‌دانستند، اما نمی‌توانستند به داخل غبار باقی‌مانده نفوذ کنند تا این یافته را تأیید کنند.

جیمز وب در سال ۲۰۲۲ نیز رصدهایی از بقایای ابرنواختر مشهور را منتشر کرده بود و پژوهشگرها به دنبال پاسخ‌هایی در این رصدها بودند. آن‌ها با ابزار فروسرخ جیمز وب و روش‌های طیف‌سنجی به بررسی ترکیب گازهای داخل آن پرداختند.

پژوهشگرها در نزدیکی مرکز بقایای ابرنواختر و نزدیک به محل وقوع انفجار، به یافته‌ی غیرمنتظره‌ای دست یافتند: اتم‌های آرگون سنگین و سولفور که الکترون‌های خارجی‌شان را از دست داده بودند. به این فرآیند یونیزاسیون می‌گویند.

شاخه‌های متعددی برای یونیزاسیون وجود دارد که شامل اضافه‌شدن یا حذف الکترون است. پژوهشگرها با اجرای یک مدلسازی به این نتیجه رسیدند که در این نوع خاص، تنها یک توضیح وجود دارد: ستاره نوترونی.

مدل‌های پژوهشگرها به دو سناریو برای شکل‌گیری ستاره‌ نوترونی انجامیدند. در اولین سناریو، پرتوهای ایکس و فرابنفش قدرتمند از ستاره‌ی نوترونی بسیار داغ باعث پراکندگی الکترون‌ها در حین سرد شدن ستاره می‌شوند. در دومین سناریو، بادهای ذرات منتشرشده از یک ستاره‌ی نوترونی چرخان می‌توانند با مواد مجاور برای یونیزه کردن اتم‌ها واکنش دهند. به گفته‌ی مایک بالو، ستاره‌شناس کالج دانشگاهی لندن:

کشف خطوط نشر آرگون و سولفور یونیزه از مرکز سحابی اطراف ابرنواختر 1987A با طیف‌سنج‌های NIRSpec و MIRI جیمز وب، مدرکی بر وجود منبع مرکزی پرتوهای یونیزه است. این داده‌ها با وجود ستاره‌ی نوترونی به‌عنوان منبع قدرتمند پرتوهای یونیزه سازگاری دارند. رازی که بیش از ۳۰ سال بی‌پاسخ مانده بود، حالا حل شده است.

کشف اخیر با نظریه‌های متعدد درباره‌ی ستاره‌های نوترونی سازگار است. مدل‌ها نشان می‌دهند که مقادیر بالای آرگون و سولفور در ستاره‌های درحال مرگ درست پیش از وقوع ابرنواختر تولید می‌شوند. دانشمندان ده‌ها سال پیش پیش‌بینی کره بودند که پرتوهای ایکس و فرابنفش داخل بقایای ابرنواختر نشان‌دهنده‌ی وجود ستاره‌ی نوترونی تازه‌متولد‌شده‌ای هستند. با این‌حال هیچکس فکرش را نمی‌کرد که این مسئله به این شیوه حل شود و پیش بینی نشده بود که این جرم فشرده از طریق انتشار خط انتشار قوی آرگون کشف شود.

رصدها دیدگاه‌های جدیدی را درباره‌ی اولین لحظات پس از وقوع ابرنواختر نوع II نشان می‌دهند. پژوهش‌های آینده درباره‌ی این جرم نجومی جوان با تلسکوپ جیمز وب و دیگر تلسکوپ‌ها به ستاره‌شناس‌ها امکان می‌دهند تا نکات بیشتری را درباره‌ی این رویدادهای گیج‌کننده‌ی نجومی بیاموزند.