عنکبوت کیهانی منبع پرتوهای گامای قدرتمندی است!!

تصویر هنری از یک سیستم دوتایی کوتوله سفید (پیش‌زمینه) و تپ‌اختر میلی‌ثانیه‌ای (پس‌زمینه). ستاره‌شناسان با استفاده از تلسکوپ 4.1 متری SOAR در سرو پاچون در شیلی، بخشی از رصدخانه بین آمریکایی سرو تولولو، برنامه‌ای از NOIRLab NSF، اولین نمونه از یک سیستم دوتایی متشکل از یک کوتوله سفید در حال تکامل را کشف کردند که به دور یک تپ‌اختر میلی‌ثانیه‌ای می‌چرخد که تپ‌اختر میلی‌ثانیه‌ای در مرحله نهایی فرآیند اسپین آپ است. منبعی که در اصل توسط تلسکوپ فضایی فرمی شناسایی شد، یک “حلقه گمشده” در تکامل چنین سیستم‌های دوتایی است. اعتبار:  NOIRLab / NSF / AURA / J. da Silva / Spaceengine Acknowledgment: M. Zamani (NSF’s NOIRLab)

ستاره‌شناسان با استفاده از تلسکوپ 4.1 متری SOAR در شیلی، اولین نمونه از یک سیستم دوتایی را کشف کردند که در آن یک ستاره در حال تبدیل شدن به یک کوتوله سفید در حال چرخش به دور یک ستاره نوترونی است که به تازگی تبدیل به یک تپ‌اختر به سرعت در حال چرخش را به پایان رسانده است. این جفت که در اصل توسط تلسکوپ فضایی پرتو گامای فرمی شناسایی شد، یک “حلقه گمشده” در تکامل چنین سیستم‌های دوتایی است.

منبع درخشان و مرموز پرتوهای گاما یک ستاره نوترونی است که به سرعت در حال چرخش است – به نام تپ‌اختر میلی‌ثانیه‌ای – که در حال چرخش به دور یک ستاره در روند تکامل به یک کوتوله سفید بسیار کم جرم است. ستاره‌شناسان از این نوع سیستم‌های دوتایی به عنوان “عنکبوت” یاد می‌کنند زیرا تپ اختر تمایل دارد تا قسمتهای بیرونی ستاره همدم را در حالی که به یک کوتوله سفید تبدیل می‌شود، “خوردن” کند.

این دو توسط ستاره‌شناسان با استفاده از تلسکوپ 4.1 متری SOAR در Cerro Pachón در شیلی، بخشی از رصدخانه بین آمریکایی Cerro Tololo (CTIO)، برنامه‌ای از NSF NOIRLab شناسایی شدند.

تلسکوپ فضایی پرتو گامای فرمی ناسا از زمان پرتابش در سال 2008 در حال فهرست‌بندی اجرام موجود در جهان است که پرتوهای گاما زیادی تولید می‌کنند، اما همه منابع پرتو گامایی که شناسایی می‌کند طبقه‌بندی نشده‌اند. یکی از این منابع که توسط ستاره‌شناسان 4FGL J1120.0-2204 نامیده می‌شود، دومین منبع درخشان پرتو گاما در کل آسمان بود که تاکنون ناشناس مانده بود.

ستاره‌شناسان از ایالات متحده و کانادا به رهبری ساموئل سویهارت از آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی دریایی ایالات متحده در واشنگتن دی سی، از طیف‌نگار گودمن در تلسکوپ SOAR برای تعیین هویت واقعی 4FGL J1120.0-2204 استفاده کردند. منبع اشعه گاما که همچنین پرتوهای ایکس ساطع می‌کند، همانطور که توسط تلسکوپ فضایی سوئیفت ناسا و تلسکوپ فضایی XMM-نیوتن ESA مشاهده شد، یک سیستم دوتایی متشکل از یک “تپ‌اختر میلی ثانیه‌ای” است پیش‌ساز یک کوتوله سفید بسیار کم جرم که صدها بار در ثانیه می‌چرخد. این جفت در فاصله 2600 سال نوری از ما قرار دارند.

سویهارت می‌گوید: «زمان اختصاصی دانشگاه ایالتی میشیگان بر روی تلسکوپ SOAR، موقعیت آن در نیمکره جنوبی و دقت و پایداری طیف‌نگار گودمن، همه جنبه‌های مهم این کشف بودند.

کریس دیویس، مدیر برنامه NOIRLab در علوم ملی ایالات متحده، خاطرنشان می‌کند: «این یک مثال عالی از این است که چگونه تلسکوپ‌های متوسط ​​به طور کلی، و SOAR به طور خاص، می‌توانند برای کمک به شناسایی اکتشافات غیرعادی انجام شده با سایر تأسیسات زمینی و فضایی استفاده شوند. “ما پیش‌بینی می‌کنیم که SOAR نقش مهمی در پیگیری بسیاری از منابع متغیر زمانی و چند پیام‌رسان دیگر در دهه آینده ایفا کند.”

طیف نوری سیستم دوتایی که توسط طیف‌نگار گودمن اندازه‌گیری شد، نشان داد که نور همدم کوتوله‌ی اولیه‌ی سفید، داپلر جابه‌جا می‌شود – به طور متناوب به قرمز و آبی منتقل می‌شود – که نشان می‌دهد هر ۱۵ ساعت یک‌بار به دور یک ستاره نوترونی فشرده و پرجرم می‌چرخد.

سویهارت، که تیمش توانست این ویژگی‌ها را گرفته و در مدل‌هایی به کار ببرند که چگونگی تکامل سیستم‌های ستاره‌ای دوتایی را توضیح می‌دهند، می‌گوید: «طیف‌ها همچنین به ما اجازه دادند تا دما و گرانش سطحی ستاره همدم را محدود کنیم. این امر به آنها اجازه داد تا تشخیص دهند که همدم پیش‌ساز یک کوتوله سفید بسیار کم جرم با دمای سطحی 8200 درجه سانتیگراد (15000 درجه فارنهایت) و جرمی معادل 17 درصد جرم خورشید است.

وقتی ستاره‌ای با جرمی مشابه خورشید یا کمتر به پایان عمر خود می‌رسد، هیدروژن مورد استفاده برای سوخت فرآیندهای همجوشی هسته‌ای در هسته‌اش تمام می‌شود. برای مدتی هلیوم کنترل ستاره را می‌گیرد و به آن نیرو می‌دهد و باعث انقباض و گرم شدن آن می‌شود و باعث انبساط و تکامل آن به یک غول قرمز به اندازه صدها میلیون کیلومتر می‌شود. در نهایت، لایه‌های بیرونی این ستاره متورم شده را می‌توان روی یک همدم دوتایی جمع کرد و همجوشی هسته‌ای متوقف می‌شود و یک کوتوله سفید به اندازه زمین باقی می‌ماند و در دمای بیش از 100000 درجه سانتی‌گراد (180000 درجه فارنهایت) می‌چرخد.

کوتوله سفید اولیه در سیستم 4FGL J1120.0-2204 هنوز تکامل خود را به پایان نرسانده است. سویهارت می‌گوید: «در حال حاضر پف کرده است و شعاع آن تقریباً پنج برابر بزرگ‌تر از کوتوله‌های سفید معمولی با جرم‌های مشابه است. سرد شدن و انقباض آن ادامه خواهد یافت و در حدود دو بیلیون سال آینده، شبیه به بسیاری از کوتوله‌های سفید بسیار کم جرمی خواهد بود که قبلاً درباره آنها می‌دانیم.

تپ اخترهای میلی‌ثانیه‌ای در هر ثانیه صدها بار می‌چرخند. آنها با تجمع ماده از یک همدم می‌چرخند (در این مورد از ستاره‌ای که به کوتوله سفید تبدیل شده است). بیشتر تپ‌اخترهای میلی‌ثانیه‌ای پرتوهای گاما و اشعه ایکس ساطع می‌کنند، اغلب زمانی که باد تپ اختر، که جریانی از ذرات باردار است که از ستاره نوترونی در حال چرخش سرچشمه می‌گیرد، با مواد ساطع شده از یک ستاره همراه برخورد می‌کند.

سویهارت می‌گوید: حدود 80 کوتوله سفید بسیار کم جرم شناخته شده است، اما “این اولین پیشرو برای یک کوتوله سفید بسیار کم جرم است که به احتمال زیاد به دور یک ستاره نوترونی می‌چرخد.” در نتیجه، 4FGL J1120.0-2204 یک نگاه منحصر به فرد به انتهای این فرآیند چرخشی است. تمام دوتایی‌های کوتوله سفید- تپ‌اختر سفید دیگر که کشف شده‌اند به خوبی از مرحله چرخش به بالا گذشته‌اند.

سویهارت می‌گوید: «طیف‌سنجی پیگیری با تلسکوپ SOAR، که منابع پرتو گامای فرمی نامرتبط را هدف قرار می‌دهد، به ما این امکان را داد که ببینیم همراه در حال چرخش به دور چیزی است. بدون آن مشاهدات، ما نمی‌توانستیم این سیستم هیجان‌انگیز را پیدا کنیم.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Cosmic ‘spider’ found to be source of powerful gamma-rays

by Association of Universities for Research in Astronomy (AURA) JANUARY 12, 2022

https://phys.org/news/2022-01-cosmic-spider-source-powerful-gamma-rays.html