رازهای بازمانده ابرنواختر «رشته مروارید» و ستاره زامبی در قلب آن

انفجاری که نیاکان ما دیدند

در سال ۱۱۸۱ میلادی، در آسمان نیم‌کره شمالی، ستاره‌ای چنان درخشان شد که در اسناد تاریخی ژاپن، چین و جهان عرب به‌طور مستقل ثبت گردید. این جرم آسمانی حدود شش ماه با چشم غیرمسلح دیده می‌شد. امروز می‌دانیم که آن رویداد، انفجار یک ابرنواختر (supernova) بوده است؛ یکی از تنها پنج ابرنواختری که بشر پیش از اختراع تلسکوپ مشاهده و ثبت کرده است.

اما آنچه از این انفجار باقی مانده، بسیار شگفت‌انگیزتر از خودِ انفجار است. بازمانده‌ای به نام Pa 30 که در فاصله حدود ۷۵۰۰ سال نوری از زمین قرار دارد و به شکل گل قاصدک یا رشته‌ای از مرواریدهای درخشان دیده می‌شود. اخترشناسان به تازگی با تلسکوپ جمینی شمالی (Gemini North) در هاوایی، دقیق‌ترین تصویر ممکن از این ساختار را ثبت کرده و نتایج را در نشریه astrophysical Journal منتشر کرده‌اند.

چرا این جرم در کهکشان ما یگانه است

Pa 30 نخستین بار در سال ۲۰۱۳ توسط یک شهروند دانشمند (citizen scientist) شناسایی شد و اندکی بعد پژوهشگران توانستند آن را به انفجار سال ۱۱۸۱ میلادی پیوند دهند. این بازمانده، تنها نمونه از نوع خود در کهکشان راه شیری است. دلیل این یگانگی، ماهیت خاص انفجاری است که آن را پدید آورده است.

برای درک موضوع، باید به سراغ سازوکار ابرنواخترهای نوع Ia برویم. این انفجارها زمانی رخ می‌دهند که یک کوتوله سفید (white dwarf) — یعنی هسته فروپاشیده و بسیار چگال یک ستاره مرده — ماده را از ستاره همراه خود می‌بلعد. می‌توان آن را به خفاش کیهانی تشبیه کرد که از همسایه خود خون می‌نوشد. هنگامی که جرم کوتوله سفید از حدی بحرانی فراتر می‌رود، واکنش‌های همجوشی هسته‌ای در آن به‌صورت انفجاری و مهارنشدنی آغاز می‌شود و معمولاً ستاره را کاملاً از هم می‌پاشد.

اما در موارد نادر، انفجار کامل نیست و پیکره‌ای درهم‌شکسته از ستاره باقی می‌ماند. به چنین رویدادهایی ابرنواختر نوع Iax می‌گویند و به ستاره بازمانده، «ستاره زامبی» (zombie star) گفته می‌شود. Pa 30 تنها بازمانده ابرنواختری در کهکشان ماست که در آن می‌توان یک ستاره زامبی را به‌طور مستقیم مشاهده کرد.

مرواریدهایی به بزرگی منظومه سیاره‌ای

رصدهای جدید نشان می‌دهد که در امتداد رشته‌های گاز پرتاب‌شده از محل انفجار، گره‌هایی متقارن و به‌شکل مروارید وجود دارد. هر یک از این گره‌ها آن‌قدر پهناور است که می‌تواند مدار نپتون — دورترین سیاره منظومه شمسی — را ده بار در خود جای دهد. به گفته پژوهشگران، کل ناحیه سیاره‌ای منظومه شمسی با فاصله درون یکی از این گره‌ها جای می‌گیرد.

شگفت‌آورتر آنکه این گره‌ها از نظر اندازه و شکل به‌طرز چشمگیری یکنواخت هستند. چنین یکنواختی، سرنخی از فرایند فیزیکی سازنده آن‌ها به دست می‌دهد: احتمالاً ناپایداری‌های هیدرودینامیکی در پوسته گازی در حال انبساط، گاز را در فواصل منظمی فشرده و به گره تبدیل کرده است؛ فرایندی شبیه به تشکیل قطره‌های یکنواخت هنگام پاشیدن آب از یک سوراخ.

ستاره‌ای که تقریباً از جایش تکان نخورد

یکی از مهم‌ترین یافته‌های این پژوهش، موقعیت ستاره زامبی است. این ستاره تقریباً به‌طور کامل در مرکز هندسی بازمانده قرار دارد. این نکته در نگاه اول ساده به نظر می‌رسد، اما پیامد فیزیکی مهمی دارد.

در انفجارهای ابرنواختری، تکانه (momentum) پایسته می‌ماند. اگر انفجار کمی نامتقارن باشد، مواد به یک سمت بیشتر پرتاب می‌شوند و ستاره بازمانده باید در جهت مخالف، «لگد» (kick) بخورد. اخترشناسان در بسیاری از بازمانده‌ها چنین ستارگانی را می‌بینند که با سرعتی قابل توجه از مرکز دور شده‌اند.

اما در Pa 30 چنین چیزی دیده نمی‌شود. پژوهشگران توانستند حد بالای دقیقی برای سرعت عرضی این ستاره تعیین کنند و دریافتند که این سرعت به‌طور شگفت‌آوری کوچک است. یعنی انفجار سال ۱۱۸۱ میلادی تقریباً به‌طور کامل متقارن بوده است. این تقارن بالا، خود سرنخ مهمی درباره سازوکار انفجارهای نوع Iax به دست می‌دهد؛ سازوکاری که هنوز به‌طور کامل شناخته نشده است.

چرا این کشف اهمیت دارد

ارزش Pa 30 تنها به زیبایی آن نیست. این جرم در فاصله‌ای نسبتاً نزدیک قرار دارد — برای مقایسه، مرکز کهکشان راه شیری حدود ۲۶۰۰۰ سال نوری از ما دور است — و همین نزدیکی امکان می‌دهد ساختار آن با جزئیاتی مشاهده شود که برای بازمانده‌های دوردست هرگز ممکن نیست. به بیان دیگر، Pa 30 یک آزمایشگاه طبیعی برای مطالعه فیزیک انفجارهای ستاره‌ای است.

افزون بر این، ابرنواخترهای نوع Iax در کهکشان‌های دور تنها به‌صورت نقطه‌ای نور دیده می‌شوند و جزئیات ساختار آن‌ها قابل تفکیک نیست. تنها در کهکشان خود ما و چند کهکشان بسیار نزدیک است که می‌توان بازمانده چنین انفجارهایی را به‌طور مستقیم بررسی کرد. شناخت دقیق Pa 30 به اخترشناسان کمک می‌کند تا نشانه‌های قابل جست‌وجوی بازمانده‌های مشابه را بشناسند.

گام بعدی

گروه پژوهش قصد دارد بر پایه ویژگی‌های متمایز Pa 30، جست‌وجویی نظام‌مند در کهکشان راه شیری و کهکشان‌های نزدیک را آغاز کند. این جست‌وجو ممکن است بازمانده‌های دیگری از ابرنواخترهای نوع Iax را آشکار کند که تاکنون در تاریکی پنهان مانده‌اند. به گفته پژوهشگران، سوابق تاریخی قابل اعتماد انفجارهای ستاره‌ای تنها حدود هزار سال به عقب می‌رسد و چه بسا بازمانده‌های مشابه دیگری هنوز در کهکشان ما نهفته باشند.

این پژوهش نمونه‌ای روشن از پیوند میان تاریخ علم و اخترشناسی مدرن است: رصدی که مردمانی در قرن دوازدهم با چشم غیرمسلح دیدند، امروز با تلسکوپ‌های بزرگ به پرسش‌هایی پاسخ می‌دهد درباره اینکه ستارگان چگونه می‌میرند و چگونه گاهی، مرگشان را نیمه‌کاره رها می‌کنند.