کشف ابرنواختری منحصربه‌فرد؛ ستاره‌ای درحال مرگ که محتویاتش را آشکار کرده است

ستاره‌ای که در پایان عمر خود منفجر شد، کیهان را به شکلی لرزاند که بشریت تاکنون هرگز شاهدش نبوده است. در سال ۲۰۲۱، اخترشناسان با شگفتی نظاره‌گر شکوفایی ابرنواختری به نام SN2021yfj در فاصله‌ی ۲٫۲ میلیارد سال نوری بودند که سرشار از سیلیکون، گوگرد و آرگون بود؛ چیزی که پیش‌تر هرگز در یک ستاره‌ی منفجرشده دیده نشده بود.

به گفته‌ی تیمی به رهبری استیو شولزه، اخترفیزیکدان دانشگاه نورث‌وسترن آمریکا، این مواد نخستین شواهد مستقیم از پوسته‌های هم‌مرکز عناصر مختلف هستند که ساختار درونی ستارگان پرجرم را تشکیل می‌دهند؛ شواهدی که چرخه‌ی زندگی ستاره‌ها را تأیید کرده و دانش ما را درباره‌ی چگونگی پایان یافتن زندگی ستارگان غول‌پیکر گسترش می‌دهد.

آدام میلر، اخترفیزیکدان همان دانشگاه گفت: «این رویداد واقعاً شبیه هیچ‌چیز دیگری نیست که پیش‌تر دیده باشیم. آن‌قدر عجیب بود که تقریباً فکر کردیم شاید جسم درستی را رصد نکرده‌ایم. این ستاره به ما می‌گوید که ایده‌ها و نظریه‌های ما درباره‌ی تحول ستاره‌ها بسیار محدود است. کتاب‌های درسی ما اشتباه نیستند، اما آشکارا همه‌ی آنچه را که طبیعت می‌تواند پدید بیاورد، دربرنمی‌گیرند. حتماً مسیرهای عجیب‌تری برای پایان عمر یک ستاره‌ی پرجرم وجود دارد که ما در نظر نگرفته بودیم.»

زندگی ستاره‌ها به‌وسیله‌ی همجوشی در هسته‌شان نیرو می‌گیرد. جایی‌ که فشار و دما آن‌قدر بالاست که اتم‌ها در هم کوبیده می‌شوند و عناصر سنگین‌تر ساخته می‌شوند. در ستاره‌های پرجرم، هیدروژن به هلیوم، هلیوم به کربن و همین‌طور تا همجوشی گوگرد و سیلیکون به آهن ادامه می‌یابد.

اما آهن نقطه‌ی پایان است؛ زیرا انرژی لازم برای همجوشی آهن بیشتر از مقدار انرژی آزادشده از آن است و به‌این‌ترتیب ناقوس مرگ ستاره به صدا درمی‌آید. بااین‌حال، در طول عمر ستاره، تصور می‌شود عناصر مختلف به شکل لایه‌هایی شبیه پیاز درون آن شکل می‌گیرند: سنگین‌ترین در مرکز و سبک‌ترین، یعنی هیدروژن و هلیوم، در بیرونی‌ترین بخش‌ها.

وقتی ستاره‌ها منفجر می‌شوند، اخترشناسان معمولاً نشانه‌هایی از این عناصر سبک‌تر را در مواد پرتاب‌شده می‌بینند و معمولا در این مواد آثار زیادی از مواد سنگین‌تر مثل کربن و اکسیژن نیست؛ اما غلبه‌ی عناصر سنگین در SN2021yfj نشان می‌‌دهد که پیش از انفجار نهایی، دوره‌ای بسیار آشفته‌تر از حالت معمول سپری شده است.

شولزه می‌گوید: «برای اولین بار ستاره‌ای را می‌بینیم که عملاً تا استخوان‌هایش لخت شده است. این به ما نشان می‌دهد که ساختار ستاره‌ها چگونه است و ثابت می‌کند که ستاره‌ها می‌توانند مقدار زیادی از موادشان را پیش از انفجار از دست بدهند. آن‌ها نه‌تنها می‌توانند لایه‌های بیرونی خود را از دست بدهند، بلکه ممکن است کاملاً برهنه شوند و بااین‌حال انفجاری درخشان تولید کنند که ما بتوانیم آن را از فواصل بسیار دور رصد کنیم.»

دوره‌ی منتهی به مرگ یک ستاره‌ی پرجرم با بی‌ثباتی شدید مشخص می‌شود. ستاره در مجموعه‌ای از فوران‌ها، مقدار زیادی از مواد بیرونی خود را پیش از ابرنواختر از دست می‌دهد. سیلیکون، گوگرد و آرگون تنها در نزدیکی هسته‌ی ستاره و در واپسین مراحل عمر آن یافت می‌شوند. این موضوع نشان می‌دهد که ستاره‌ی مرکزی SN2021yfj به طرزی غیرمعمول توانسته بسیار بیش از یک ستاره‌ی منفجرشونده‌ی معمولی جرم خود را از دست بدهد.

علت چنین فرآیندی هنوز ناشناخته است، اما پژوهشگران سناریویی را پیشنهاد می‌کنند که در آن تشنج‌های مرگ ستاره به‌تدریج آن را متلاشی کرده است. هنگامی‌که سوخت هسته رو به پایان می‌رود، ستاره پیوسته تحت نیروی گرانش به درون فشرده می‌شود، زیرا فشار رو به بیرون ناشی از همجوشی کاهش می‌یابد.

به گفته‌ی پژوهشگران، در جریان انفجار نهایی، پرتاب‌های سریع‌تر ابرنواختر به این پوسته‌ی بیرونی رسیده و با آن برخورد کرده‌اند و همین برخورد، نوری درخشان پدید آورده که از میلیاردها سال نوری آن‌سوتر در سراسر کیهان قابل مشاهده بوده است؛ اما برای تأیید این نظریه به داده‌های بیشتری نیاز داریم.

میلر می‌گوید: «اگرچه برای چگونگی شکل‌گیری این انفجار خاص یک نظریه داریم، اما حاضر نیستم روی درستی آن قسم بخورم، چون هنوز فقط یک نمونه‌ی کشف‌شده در اختیار داریم. این ستاره واقعاً نشان می‌دهد که چقدر نیاز داریم موارد بیشتری از این ابرنواخترهای نادر را بیابیم تا طبیعت و فرایند شکل‌گیری‌شان را بهتر درک کنیم.»

یافته‌های پژوهش در نشریه نیچر منتشر شده است.