کشف یک “بیوه سیاه”دوتایی نادر دیگر!!

اعتبار: دامنه عمومی Pixabay/CC0

چشمک زدن یک ستاره نزدیک، اخترشناسان MIT را به یک سیستم جدید و مرموز در فاصله 3000 سال نوری از زمین کشانده است که به نظر می‌رسد یک « بیوه سیاه دوتایی » جدید است – یک ستاره نوترونی یا تپ‌اختری که به سرعت در حال چرخش است و به آرامی مانند همنام عنکبوتی خود ستاره همدم کوچک‌تر را می‌بلعد.

اخترشناسان از وجود حدود دوجین بیوه سیاه دوتایی در کهکشان راه شیری اطلاع دارند. این جدیدترین نامزد که ZTF J1406+1222 نام دارد، کوتاه‌ترین دوره مداری را با تپ اختر و ستاره همدم دارد که هر 62 دقیقه به دور یکدیگر می‌چرخند که تاکنون شناسایی شده است. این سیستم از این نظر منحصر به فرد است که به نظر می‌رسد میزبان سومین ستاره دوردست است که هر 10000 سال یک بار به دور دو ستاره درونی می‌چرخد.

این بیوه سیاه احتمالاً سؤالاتی را در مورد چگونگی شکل‌گیری چنین سیستمی ایجاد می‌کند. براساس مشاهدات خود، تیم MIT یک داستان منشأ را پیشنهاد می‌کند: مانند اکثر دوتایی‌های بیوه سیاه، سیستم سه‌تایی احتمالاً از صورت فلکی متراکم ستارگان قدیمی پدید آمده است که به صورت خوشه‌ای کروی شناخته می‌شوند. این خوشه خاص ممکن است به سمت مرکز کهکشان راه شیری حرکت کرده باشد، جایی که گرانش سیاهچاله مرکزی برای جدا کردن خوشه کافی بوده و در عین حال بیوه سیاه سه‌تایی را دست نخورده باقی می‌گذارد.

کوین بوردج، عضو فوق دکتری پاپالاردو در دپارتمان فیزیک MIT می‌گوید: «این یک سناریوی تولد پیچیده است. این منظومه احتمالاً بیش از مدت زمان خورشید در راه شیری شناور بوده است.»

محققان از روش جدیدی برای شناسایی سیستم سه‌تایی استفاده کردند. در حالی که بیشتر بیوه سیاه‌های دوتایی توسط تابش گاما و اشعه ایکس ساطع شده توسط تپ‌اختر مرکزی یافت می‌شوند، تیم از نور مرئی و به ویژه چشمک زدن ستاره همدم دوتایی برای تشخیص ZTF J1406+1222 استفاده کرد.

روز و شب

بیوه‌های دوتایی سیاه توسط تپ‌اخترها – ستاره‌های نوترونی نیرو می گیرند که به سرعت در حال چرخش هستند و هسته‌های فروپاشیده ستارگان پرجرم هستند. تپ اخترها یک دوره چرخشی سرگیجه‌آور دارند، هر چند میلی‌ثانیه به دور خود می‌چرخند و در این فرآیند، نورهای گامای پرانرژی و اشعه ایکس ساطع می‌کنند.

به طور معمول، تپ‌اخترها با سوزاندن مقدار زیادی انرژی به سرعت چرخیده و می‌میرند. اما هر چند وقت یکبار، یک ستاره در حال گذر می‌تواند به یک تپ اختر جان تازه‌ای بدهد. با نزدیک شدن یک ستاره، گرانش تپ‌اختر موادی را از ستاره بیرون می‌کشد که انرژی جدیدی برای چرخش تپ‌اختر به سمت بالا فراهم می‌کند. تپ اختر «بازیافت شده» سپس شروع به تابش مجدد انرژی می‌کند که ستاره را از بین می برد.

بوردج می‌گوید: «این سیستم‌ها بیوه‌های سیاه نامیده می‌شوند، زیرا چگونه تپ‌اختر چیزی را که آن را بازیافت کرده، مصرف می‌کند، درست همانطور که عنکبوت جفت خود را می‌خورد.

هر بیوه سیاه دوتایی تا به امروز از طریق فلاشهای گاما و اشعه ایکس از تپ‌اختر شناسایی شده است. در ابتدا، بوردج از طریق چشمک زدن نوری ستاره همراه به ZTF J1406+1222 رسید.

به نظر می‌رسد که سمت روز ستاره همدم – سمتی که همیشه رو به تپ‌اختر است – می‌تواند چندین برابر گرمتر از سمت شب آن باشد، به دلیل تابش پر انرژی ثابتی که از تپ‌اختر دریافت می‌کند.

بوردج توضیح می‌دهد: «من فکر کردم، به جای اینکه مستقیماً به دنبال تپ اختر بگردید، سعی کنید به دنبال ستاره‌ای بگردید که در حال پختن آن است.

او استدلال کرد که اگر اخترشناسان ستاره‌ای را مشاهده کنند که درخشندگی آن به طور متناوب با مقدار زیادی تغییر می‌کند، سیگنالی قوی خواهد بود که در یک دوتایی با یک تپ اختر قرار دارد.

حرکت ستاره

برای آزمایش این نظریه، بوردج و همکارانش داده‌های نوری گرفته شده توسط Zwicky Transient Facility، رصدخانه‌ای مستقر در کالیفرنیا را بررسی کردند که تصاویر میدانی وسیعی از آسمان شب می‌گیرد. این تیم روشنایی ستارگان را بررسی کردند تا ببینند آیا ستارگان به طور چشمگیری با ضریب 10 یا بیشتر، در مقیاس زمانی حدود یک ساعت یا کمتر تغییر می‌کنند یا خیر – نشانه‌هایی که حضور ستاره‌ای همدم را نشان می‌دهند که به طور محکم به دور یک تپ اختر می‌چرخد.

این تیم توانست دهها بیوه سیاه دوتایی را انتخاب کند و دقت روش جدید را تأیید کند. سپس ستاره‌ای را مشاهده کردند که درخشندگی آن با ضریب ۱۳ تغییر می‌کرد، هر ۶۲ دقیقه، که نشان می‌دهد احتمالاً بخشی از یک بیوه سیاه دوتایی جدید است که ZTF J1406+1222 را نامگذاری کردند.

آنها ستاره را در رصدهای انجام شده توسط گایا، تلسکوپ فضایی جستجو کردند که توسط آژانس فضایی اروپا اداره می‌شود و اندازه‌گیری‌های دقیقی از موقعیت و حرکت ستارگان در آسمان انجام می‌دهد. با نگاهی به دهه‌ها اندازه‌گیری‌های قدیمی ستاره از بررسی آسمان دیجیتال اسلون، تیم دریافتند که ستاره‌های دوردست دیگر این دوتایی را دنبال می‌کنند. با قضاوت از محاسبات آنها، به نظر می‌رسد که این ستاره سوم هر 10000 سال یک بار به دور دوتایی درونی می‌چرخد.

عجیب است که اخترشناسان مستقیماً تشعشعات گاما یا اشعه ایکس از تپ اختر را در دوتایی تشخیص نداده‌اند که روش معمولی است که در آن بیوه‌های سیاه تایید می‌شوند. بنابراین، ZTF J1406 + 1222 یک بیوه سیاه دوتایی نامزد در نظر گرفته می‌شود که تیم امیدوار است با مشاهدات آینده تایید کند.

بوردج می‌گوید: «تنها چیزی که با اطمینان می‌دانیم این است که ستاره‌ای را می‌بینیم که سمت روز بسیار داغتر از سمت شب است و هر ۶۲ دقیقه به دور چیزی می‌چرخد». “به نظر می‌رسد همه چیز نشان می‌دهد که یک بیوه سیاه دوتایی است. اما چند چیز عجیب و غریب در مورد آن وجود دارد، بنابراین ممکن است چیزی کاملاً جدید باشد.”

این تیم قصد دارد به رصد سیستم جدید ادامه دهد و همچنین از روش نوری برای روشن کردن ستاره‌های نوترونی بیشتر و بیوه‌های سیاه در آسمان استفاده کند.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Astronomers discover a rare ‘black widow’ binary, with the shortest orbit yet

by Jennifer Chu, Massachusetts Institute of Technology MAY 4, 2022

https://phys.org/news/2022-05-astronomers-rare-black-widow-binary.html