سیستم ستاره‌ای نادر «بیوه سیاه» می‌تواند به کشف اسرار فضا-زمان کمک کند!!
این منظومه ستاره‌خوار می‌تواند یک دستگاه تشخیص امواج گرانشی باشد.
تصویر هنری از یک تپ اختر احاطه شده توسط یک دیسک درخشان از ماده. در تپ اخترهای «بیوه سیاه»، این ماده از یک ستاره همدم کوچکتر می‌آید که به آرامی در حال تابش از وجود خودش است. (اعتبار تصویر: NASA/JPL-Caltech)
هر 4 میلی‌ثانیه یک ستاره مرده پرتوی قدرتمند را به سمت سیاره ما می‌فرستد.
در مطالعه جدیدی محققان این سیستم ستاره‌ای دوتایی را توصیف کردند – یک کلاس نادر از جرم آسمانی که به عنوان تپ‌اختر بیوه سیاه شناخته می‌شود. درست مانند عنکبوت همجنسخواری که این نوع سیستم از آن نام گرفته است، به نظر می‌رسد که عضو بزرگتر این جفت قصد بلعیدن و نابود کردن همدم کوچکتر خود را دارد. (در عنکبوت‌ها، ماده‌ها اغلب بزرگتر از نر هستند.)
با این حال، سر بریدن سریع برای این بیوه سیاه وجود نخواهد داشت. به نظر می‌رسد ستاره بزرگتر شریک خود را بسیار کندتر می‌کشد. در طول صدها یا هزاران سال، ستاره بزرگتر ماده را از مجاورت ستاره کوچکتر مکیده است، در حالی که به طور همزمان ستاره کوچک را با پرتوهای انرژی منفجر می‌کند که حتی ماده بیشتری را به فضا می‌راند.
اما وان در واترن، نویسنده ارشد این مطالعه، دانشجوی دکترا در موسسه هلندی اخترشناسی رادیویی (ASTRON)، به Live Science گفت: روزی ممکن است که ستاره بزرگتر بتواند ستاره کوچکتر را به طور کامل ببلعد. اما، قبل از آن، دانشمندان امیدوارند که بتوانند این سیستم عجیب را مطالعه کنند. نویسندگان مطالعه امیدوارند با نظارت بر پالس‌های ثابت ستاره بزرگتر برای بی‌نظمی‌های ناگهانی، این تپ‌اختر بتواند به آنها کمک کند تا امواج نادری را در بافت فضا-زمان به نام امواج گرانشی شناسایی کنند.
وان در واترن گفت: “برای تشخیص امواج گرانشی، به تپ‌اخترهای بسیار بسیار پایدار نیاز دارید.” و برخلاف تپ‌اخترهای بیوه سیاه قبلی که کشف شده بودند، این سیستم بسیار پایدار است.
دانشمندان منظومه ستاره ای J0610-2100 را در فاصله 10000 سال نوری از زمین در سال 2003، زمانی کشف کردند که متوجه تپش دوره‌ای آن با تلسکوپ رادیویی شدند. محققان این سیستم را برای یک تپ اختر – نوعی ستاره کوچک، متراکم و فروپاشیده تعیین کردند که بسیار سریع می‌چرخد.
این ستارگان مرده به شدت مغناطیسی شده‌اند و در حین چرخش، پرتوهای تابش الکترومغناطیسی را از قطب خود خارج می‌کنند. هنگامی که یکی از آن پرتوها به سمت زمین می‌آید، این اثر مانند فانوس دریایی است که وقتی پرتو از کنار ما می‌گذرد، نور چشمک می‌زند و خاموش می‌شود. اگر نور هر 10 میلی‌ثانیه یا کمتر یک بار چشمک می‌زند (مانند J0610-2100 که هر 3.8 میلی ثانیه چشمک می‌زند)، ستاره در دسته‌ای حتی نادرتر به نام تپ اختر میلی‌ثانیه‌ای قرار می‌گیرد.
بسیاری از تپ‌اخترهای میلی‌ثانیه‌ای مدار خود را با ستارگان همدم شبیه به خورشید به اشتراک می‌گذارند که تپ‌اخترها به آرامی آنها را می‌بلعند. همانطور که تپ‌اخترها قرص‌های در حال چرخش ماده را که توسط ستاره همدم پرتاب می‌شود را می‌بلعند، در تابش اشعه ایکس می‌درخشند که می‌تواند در سراسر کهکشان دیده شود.
تصویری از یک تپ اختر که ماده را از ستاره همدم خود می‌بلعد. در تپ‌اخترهای بیوه سیاه، ستاره همدم به یک دهم جرم خورشید زمین یا کمتر از آن کاهش یافته است. (اعتبار تصویر: ناسا گوددارد)
و گاهی اوقات، یک تپ‌اختر ممکن است بیش از سهم خود از ماده را از همدم خود بگیرد. اگر جرم ستاره همدم یک تپ اختر کوچکتر از یک دهم جرم خورشید زمین باشد، آن منظومه ستاره‌ای را یک تپ اختر بیوه سیاه می‌نامند.
J0610-2100 سومین تپ اختر بیوه سیاهی بود که تا به حال کشف شد – و به نظر می‌رسد یکی از گرسنه‌ترین‌ها باشد. این مطالعه نشان داد که ستاره همدم تپ اختر تنها 0.02 جرم خورشیدی دارد و هر هفت ساعت یک بار به دور تپ اختر می‌چرخد.
وان در واترن و همکارانش برای مقاله جدید خود، داده‌های رادیویی تلسکوپ 16 ساله این منظومه ستاره‌خوار را تجزیه و تحلیل کردند. در حالی که این سیستم بدون شک یک تپ اختر بیوه‌سیاه است، تیم از اینکه متوجه شد چند ویژگی عجیب و غریب را از دست داده است شگفت زده شد.
برای مثال، منظومه ستاره‌ای هرگز چیزی را نشان نداد که به عنوان خسوف رادیویی شناخته می‌شود (یک پدیده تقریباً جهانی در سایر تپ‌اخترهای بیوه سیاه).
وان در واترن گفت: «معمولاً، برای بخشی از مدار دوتایی، گسیل‌های رادیویی از تپ‌اختر کاملاً ناپدید می‌شوند. این زمانی اتفاق می‌افتد که ستاره همدم نزدیک به جلوی تپ‌اختر حرکت می‌کند و تمام این مواد تابشی که از همدم خارج می‌شوند، انتشار پالس از تپ‌اختر را تحت‌الشعاع قرار می‌دهند.
در طی 16 سال، منظومه ستارگان نیز هرگز بی‌نظمی زمان‌بندی شده‌ای را نشان نداد (تفاوت‌های ناگهانی و کوچک در زمان‌بندی پالس تپ‌اختر در مقایسه با پیش‌بینی‌های ستاره‌شناسان).
امواجی که جهان هستی را به حرکت در می‌آورند
وان در واترن گفت که فقدان این دو پدیده مشترک به سختی قابل توضیح است. ممکن است خط دید این تپ‌اختر به گونه‌ای کج شده باشد که کسوفهای رادیویی برای تلسکوپ های زمینی قابل مشاهده نباشند، یا شاید ستاره همدم تپ اختر به شدت دیگر تپ اخترهای شناخته شده‌ای که این ویژگی‌ها را نشان می‌دهند تحت تابش قرار نگیرد. اما هر چه که باشد، این سیستم بیوه سیاه فوق‌العاده پایدار و قابل پیش‌بینی است – که آن را به یک کاندید عالی برای تشخیص امواج گرانشی تبدیل می‌کند.
این امواج (برای اولین بار توسط آلبرت اینشتین پیش‌بینی شد) زمانی اتفاق می‌افتند که پرجرم‌ترین اجرام جهان با هم تعامل دارند – مانند زمانی که سیاه‌چاله‌ها یا ستاره‌های نوترونی با هم برخورد می‌کنند. امواج با سرعت نور در زمان و مکان موج می‌زند و در حین عبور، تار و پود کیهان را منحرف می‌کند.
یکی از راه‌هایی که اخترشناسان امیدوارند امواج گرانشی را تشخیص دهند، نظارت بر ده‌ها تپ اختر میلی‌ثانیه‌ای به طور همزمان با استفاده از سیستم‌هایی به نام آرایه‌های زمان‌بندی تپ‌اختر است. اگر هر تپ اختر در آرایه به طور ناگهانی یک بی‌نظمی زمان‌بندی را در همان زمان تجربه کرد، این امر می‌تواند شواهدی باشد که چیزی پرجرم، مانند یک موج گرانشی، پالس‌های آنها را در راه رسیدن به زمین مختل کرده است.
وان در واترن گفت: “ما هنوز امواج گرانشی را به این روش شناسایی نکرده‌ایم.” “اما من فکر می‌کنم که ما داریم نزدیک می‌شویم.
وان در واترن افزود، این چیزی است که کشف تپ‌اخترهای بیوه سیاه بسیار قابل پیش‌بینی مانند این را بسیار مهم می‌کند.
تپ‌اخترهای بیوه سیاه که معمولاً به دلیل کسوفهای رادیویی و بی‌نظمی های زمان، بیش از حد مشهور هستند، به ندرت کاندیدای خوبی برای تشخیص امواج گرانشی هستند. اما J0610-2100 ممکن است یک استثنا باشد – و صرف وجود آن نشان می‌دهد که می‌تواند استثناهای مناسب دیگری نیز وجود داشته باشد. مانند همنام عنکبوتی خود، نیش همجنسخواری این بیوه سیاه ممکن است در نهایت هدف بزرگ‌تری داشته باشد.
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
Rare ‘black widow’ star system could help unlock the secrets of space-time
By Brandon Specktor
https://www.space.com/black-widow-pulsar-gravitational-waves