برخورد ستارگان نوترونی باعث ایجاد انفجارهای “کیلونووا” کاملا کروی می‌شود!!

انفجارهای کیهانی پرجرمی که هنگام برخورد ستارگان نوترونی ایجاد می‌شوند، آنقدرها که انتظار دارید آشفته نیستند.

تصویری از برخورد و ادغام دو ستاره نوترونی برای ایجاد یک انفجار کیلونوا که تحقیقات جدید نشان می‌دهد شاید کره‌های کاملی باشند (اعتبار تصویر: رابین دینل/ مؤسسه علمی کارنگی)

یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که وقتی ستاره‌های نوترونی با هم برخورد می‌کنند، انفجارهایی که ایجاد می‌کنند کاملاً کروی هستند.

این نظریه در تضاد با نظریه‌های قبلی پیرامون انفجارها، معروف به کیلونووا است که نشان می‌دهد باید به صورت دیسک‌های مسطح پیش بروند. اما دلیل اینکه این انفجارها شکل کروی پیدا می‌کنند هنوز در هاله‌ای از ابهام است.

کیلونوواها برای درک ما از تکامل کیهانی مهم هستند زیرا در شرایط شدید ایجاد شده توسط این انفجارهای پرجرم کیهانی است که عناصر سنگینی مانند طلا، پلاتین و اورانیوم سنتز می‌شوند.

نتیجه نهایی یک کیلونووا یک ستاره نوترونی ادغام شده به اصطلاح “بسیار پرجرم” است که به سرعت فرو می‌ریزد و یک سیاهچاله به وجود می‌آید. اما جزئیات دیگر در مورد این رویدادها تا حد زیادی ناشناخته باقی مانده است، بنابراین هرگونه اطلاعاتی در مورد برخوردهایی که باعث آنها می شود برای اخترفیزیکدانان غبار طلای استعاری است.

اولین بار در سال 2017 یک کیلونوا کشف شد و انفجار کیهانی در حدود 140 میلیون سال نوری از زمین قرار داشت. در حین تجزیه و تحلیل داده‌های این انفجار پرجرم بود که اخترفیزیکدانان به کشف شگفت انگیزی مبنی بر کروی بودن کیلونوواها دست یافتند.

داراک واتسون، یکی از نویسندگان این مطالعه، دانشیار موسسه نیلز بور در کپنهاگ، گفت: “هیچکس انتظار نداشت که انفجار به این شکل باشد. کروی بودن آن مانند یک توپ منطقی نیست. اما محاسبات ما به وضوح نشان می‌دهد که چنین است.”

نویسنده اصلی مطالعه آلبرت اسنپن، دکترای. دانشجوی موسسه نیلز بور توضیح داد که چرا کشف یک شکل کروی برای کیلونووا 2017 بسیار غیرمنتظره بود. او توضیح داد: “شما دو ستاره فوق فشرده دارید که قبل از سقوط، 100 بار در ثانیه به دور یکدیگر می‌چرخند.” شهود ما و همه مدل‌های قبلی می‌گویند که ابر انفجاری که در اثر برخورد ایجاد می‌شود باید شکلی صاف و نسبتاً نامتقارن داشته باشد.

شکل کروی کیلونووا به محققان نشان می‌دهد که ممکن است زمانی که دو ستاره نوترونی با هم ادغام می‌شوند، فیزیک غیرمنتظره‌ای در کار باشد.

اسنپن گفت: محتمل ترین راه برای کروی شدن انفجار این است که مقدار زیادی انرژی از مرکز انفجار خارج شود و شکلی را صاف کند که در غیر این صورت نامتقارن بود. بنابراین شکل کروی به ما می‌گوید که احتمالاً انرژی زیادی در هسته برخورد وجود دارد که پیش بینی نشده بود.

این تیم فکر می‌کند که راز شکل کروی کیلونووا ممکن است در وجود مختصر ستاره نوترونی پرجرم ایجاد شده از ادغام و فروپاشی سریع آن به یک سیاهچاله پنهان باشد.

واتسون گفت: “شاید نوعی “بمب مغناطیسی” در لحظه‌ای ایجاد شود که انرژی حاصل از میدان مغناطیسی عظیم ستاره نوترونی پرجرم آزاد می‌شود که ستاره به صورت یک سیاهچاله فرو می‌ریزد. آزاد شدن انرژی مغناطیسی می‌تواند باعث شود که ماده در انفجار به صورت کروی‌تر توزیع شود. در این صورت، تولد سیاه‌چاله ممکن است بسیار پرانرژی باشد.

در حالی که این نظریه ممکن است شکل کروی کیلونووا را توضیح دهد، اما نمی‌تواند ویژگی غیرمنتظره دیگری را  توضیح دهد که توسط اخترفیزیکدانان مشاهده شده است.

کیلونوواها چگونه “ثروت را پخش می کنند؟”

مدل‌های قبلی کیلونوواها پیشنهاد کرده بودند که تمام عناصری که جعل می‌کنند باید از آهن سنگین‌تر باشند. عناصر بسیار سنگین مانند طلا یا اورانیوم باید در نقاط مختلف کیلونووا نسبت به عناصر نسبتاً سبکتر مانند استرانسیم یا کریپتون ایجاد شوند. این عناصر سبک‌تر و سنگین‌تر نیز باید توسط انفجار عظیم از فضا در جهات مختلف پرتاب شوند.

اما وقتی به کیلونووا 2017 نگاه کردند، تیم فقط عناصر سبک‌تر را یافتند و همچنین مشاهده کردند که آنها به طور مساوی در سراسر فضا توزیع شده‌اند. محققان بر این باورند که نوترینوها، ذرات بنیادی شبح‌واری که تنها با ماده برهمکنش ضعیفی دارند، می‌توانند مسئول این جنبه غیرمنتظره از مشاهدات آنها باشند.

اسنپن می‌گوید: «یک ایده جایگزین این است که در میلی‌ثانیه‌هایی که ستاره نوترونی پرجرم زندگی می‌کند، بسیار قدرتمند عمل می‌کند که احتمالاً شامل تعداد زیادی نوترینو می‌شود.» نوترینوها می‌توانند باعث شوند که نوترون‌ها به پروتون و الکترون تبدیل شوند و در نتیجه عناصر سبک‌تری به طور کلی ایجاد کنند.

کشف کروی بودن انفجارهای کیلونووا همچنین می‌تواند به روشن کردن انرژی تاریک کمک کند، نیروی اسرارآمیزی که حدود 70 درصد از کل محتوای انرژی-ماده کیهان را تشکیل می‌دهد و ظاهراً انبساط پرشتاب جهان را هدایت می‌کند.

در حال حاضر، بین اندازه‌گیری‌های سرعت انبساط جهانی که با رصد ابرنواخترهای دوردست، انفجارهای کیهانی که هنگام مرگ ستاره‌ها اتفاق می‌افتند و پیش‌بینی‌های این سرعت که در فیزیک ذرات انجام می‌شود، تفاوت زیادی وجود دارد.

تصویری از یک کیلونووا و یک انفجار پرتو گاما، با رنگ آبی نشان دهنده مواد فشرده و قرمز نشان دهنده موادی است که توسط دو ستاره نوترونی به بیرون پرتاب می‌شوند که در اطراف جسم ادغام شده‌ای که ایجاد کرده‌اند. (اعتبار تصویر: Aaron M. Geller/Northwestern/CIERA and IT Research Computing Services)

اسنپن توضیح داد: “در میان اخترفیزیکدانان، بحث‌های زیادی در مورد سرعت انبساط جهان وجود دارد. سرعت، از جمله موارد دیگر، قدمت کیهان را به ما می‌گوید.” و دو روشی که برای اندازه‌گیری آن وجود دارد حدود یک بیلیون سال با هم اختلاف نظر دارند. در اینجا ممکن است روش سومی داشته باشیم که می‌تواند مکمل و در مقابل اندازه‌گیری‌های دیگر آزمایش شود.

دانستن شکل کیلونوا برای تبدیل این رویدادهای کیهانی به یک چوب اندازه‌گیری حیاتی است. این به این دلیل است که جسمی که غیرکروی است، بر اساس زاویه ای که به آن نگاه می‌شود، نور را در جهت‌های مختلف ساطع می‌کند، در حالی که یک انفجار کروی بدون توجه به جهت، تابش یکنواخت‌تری می‌دهد. این امر می‌تواند به دقت بسیار بیشتری در هنگام اندازه‌گیری فواصل کیهانی و در نتیجه استنباط سرعت انبساط جهان و سرعت شتاب آن منجر شود.

تیم مطالعه گفت که قبل از استفاده از کیلونوواها به عنوان ابزار اندازه گیری به این روش، باید به سؤالات باقیمانده پاسخ داده شود که توسط این کشف مطرح می‌شود – به این معنی که مشاهدات بیشتری از ادغام ستاره‌های نوترونی مورد نیاز است.

آنها امیدوارند که ادامه کار رصدخانه‌های امواج گرانشی مانند رصدخانه امواج گرانشی تداخل سنج لیزری، یا به اختصار LIGO، که امواج ریز در بافت فضا را ردیابی می‌کند، امکان انجام این مشاهدات کیلونوا را فراهم کند.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Surprise! Colliding neutron stars create perfectly spherical ‘kilonova’ explosions

By Robert Lea

 https://www.space.com/colliding-neutron-stars-spherical-kilonova-explosions