آیا ستاره ای از طریق همدم “هیولا” کوتوله سفید مرده خود از آدمخواری فرار کرده است؟
تحقیقات جدید در مورد ماهیت یک “ستاره مرده” دور که در یک منظومه دوتایی با یک همراه ستاره ای فعال وجود دارد، تردید ایجاد کرده است. دانشمندان پشت این مطالعه بر این باورند که این جسد ستاره ای در واقع یک کوتوله سفید به اندازه هیولا است.
این کشف این سوال را ایجاد می کند که چگونه ستاره “زنده” منظومه دوتایی توانسته در مجاورت چنین جسد ستاره ای بدون کشیده شدن به سمت آن و به شدت غرق شود، زنده بماند. جزئیات این تحقیق در وب‌سایت پیش‌چاپ Arxiv.org است و به مجله Open Journal of Astrophysics ارسال شده است.
در سال 2023، ستاره شناسان کشف کردند که این ستاره که در فاصله 417 سال نوری از زمین قرار دارد، یک همراه سایه دار دارد که گمان می رود “ستاره مرده” باشد. دانشمندان در ابتدا تصور می کردند که باقیمانده ستاره ای در منظومه دوتایی، LAMOST J2354، که نام خود را به این دلیل به دست آورد که توسط ستاره شناسان با استفاده از تلسکوپ طیف سنجی نوری چند هدفه منطقه بزرگ آسمان (LAMOST) کشف شد، یک ستاره نوترونی است. با این حال، این تیم سرنخ‌هایی پیدا کرده‌اند که این شناسایی را زیر سوال می‌برند و نشان می‌دهند که این ستاره مرده در کمین بزرگتر از کوتوله سفید متوسط است.
مایکل ای. تاکر، سرپرست تیم، محقق مرکز کیهان‌شناسی و اخترفیزیک ذرات دانشگاه ایالتی اوهایو (OSU) به Space.com گفت: «سیستم J2354 توسط تیم LAMOST کشف شد و گفته می‌شود میزبان یک ستاره نوترونی است. من در ابتدا به این منظومه علاقه مند بودم، زیرا اگر یک ستاره نوترونی بود، احتمالاً در طی یک ابرنواختر فروپاشی هسته شکل گرفته است.
او افزود: “انفجار نزدیک این ستاره عظیم، مولد ستاره نوترونی، می تواند بر روی همراه تاثیر بگذارد و فلزات زیادی را روی سطح پرتاب کند.”
تاکر توضیح داد که این سیستم نزدیک و روشن است، به طور نسبی، به این معنی که فرصتی عالی برای جستجوی این “آلودگی” مورد انتظار از ابرنواختر فراهم می کند.
او گفت: متأسفانه ما هیچ موردی پیدا نکردیم که یکی از دلایلی است که ما کوتوله سفید را به ستاره نوترونی ترجیح می دهیم.
مرتبط: دانشمندان آهسته‌ترین «ستاره نوترونی رادیویی» را کشف کردند که تمام قوانین ستاره‌های مرده را زیر پا می‌گذارد.
کوتوله سفید یا ستاره نوترونی: تفاوت چیست؟
کوتوله‌های سفید و ستاره‌های نوترونی شباهت‌های زیادی دارند، اما تفاوت‌های زیادی نیز بین این دو دسته از بقایای ستاره‌ها وجود دارد.
شباهت اصلی این است که هر دو نوع بقایای ستاره‌ای زمانی به دنیا می‌آیند که سوخت همجوشی هسته‌ای ستاره‌ها در هسته‌شان تمام می‌شود و دیگر نمی‌توانند خود را در برابر فشار درونی گرانش خود نگه دارند. این باعث می‌شود که ستاره فرو بپاشد و ماده فوق‌چگال و باقیمانده‌ای ایجاد کند که در برابر فروپاشی بیشتر توسط جنبه‌ای از فیزیک کوانتومی محافظت می‌شود که از انباشته شدن بیش از حد ذرات از همان نوع به یکدیگر جلوگیری می‌کند.
کوتوله‌های سفید زمانی به دنیا می‌آیند که ستارگانی که جرم آنها در اطراف خورشید است، در هسته‌شان هیدروژن تمام می‌شود. در حدود 5 میلیارد سال، خورشید تحت این فرآیند قرار خواهد گرفت و یک کوتوله سفید اخگر کیهانی در حال دود شدن در قلب بقایای منظومه شمسی باقی خواهد ماند.
با این حال، زمانی که این کاهش هیدروژن برای ستاره ای تقریباً هشت برابر جرم بیشتر از خورشید رخ می دهد، فروپاشی ستاره باعث ایجاد فشار و دما برای شروع همجوشی هسته ای هلیوم در هسته به عناصر سنگین تر می شود. این تا زمانی ادامه می یابد که ستاره دارای هسته ای از آهن باشد، عنصری که هیچ ستاره ای نمی تواند آن را به عناصر سنگین تر تبدیل کند.
فروپاشی ستاره در این زمان باعث ایجاد یک انفجار ابرنواختری می شود در حالی که ستاره هنوز به اندازه کافی جرم دارد تا از حد به اصطلاح چاندراسخار که حدود 1.4 برابر جرم خورشید است فراتر رود. نتیجه این فروپاشی همجوشی ایجاد یک ستاره نوترونی است، یک بقایای ستاره ای که بین یک تا دو برابر جرم خورشید در عرض یک شهر متوسط روی زمین قرار دارد.
همدم ستاره مرده در منظومه دوتایی LAMOST J2354 در ابتدا به عنوان یک ستاره نوترونی شناسایی شد زیرا به نظر می رسد جرم آن دقیقاً در اطراف حد چاندراسخار باشد.
تاکر گفت: «نکته مشکل این است که توده کوتوله‌های سفید «سنگین» با جرم ستاره‌های نوترونی «سبک» همپوشانی دارند. بنابراین حتی اگر جرم دقیق را بدانیم، به این سوال پاسخ نمی‌دهیم که آیا این همراه پنهان یک کوتوله سفید است یا یک ستاره نوترونی.
این تیم توانست سرنخ هایی پیدا کند که نشان می دهد ستاره مرده LAMOST J2354 یک ستاره نوترونی نیست. اولین مورد از این سرنخ ها این واقعیت بود که ستاره زنده منظومه دوتایی حاوی زباله یا “آلودگی” نیست که معمولاً توسط انفجار ابرنواختر کیهانی که همراه با مرگ یک ستاره پرجرم و تولد یک ستاره است، روی آن ریخته می شود. ستاره نوترونی
اگر ستاره همراه در زمان وقوع ابرنواختر دورتر بود، ممکن است این آلودگی وجود نداشته باشد، اما تاکر توضیح می‌دهد که اگر چنین بود، ستاره نوترونی باید به سمت داخل به سمت همراه خود پرتاب شود تا مدار مشاهده‌شده امروز ایجاد شود.
تاکر می‌گوید: «مدارها معمولاً پس از یک ابرنواختر بزرگ می‌شوند، زیرا شما جرم خود را از منظومه از دست داده‌اید، بنابراین ایجاد یک مدار نزدیکتر نیاز به جهت و سرعت ضربه دقیق‌تر دارد – ما احتمال وقوع فقط چند درصد از آن را محاسبه کردیم.
همچنین، اگر یک سیستم دوتایی از یک ستاره معمولی بود که به دور یک ستاره نوترونی می چرخد، دو برابر نزدیکترین منظومه بعدی با همان طبیعت به زمین نزدیکتر بود. این بدان معناست که چگالی چنین سیستم هایی در کهکشان راه شیری حدود هشت برابر بیشتر از پیش بینی فعلی است. این بدان معناست که مدل‌های فعلی از کوتوله سفید 1.4 خورشیدی در LAMOST J2354 استفاده می‌کنند.
تاکر ادامه داد: “این عظیم ترین کوتوله سفید شناخته شده نیست، اما بسیار بالاتر از حد متوسط است.” “هرچه کوتوله سفید بزرگتر باشد، به طور کلی، دیدن/پیدا کردن آن سخت تر است.”
وی افزود که این به این دلیل است که کوتوله های سفید دارای ویژگی منحصر به فرد کوچکتر شدن با افزایش جرم هستند، بنابراین کوتوله های سفید پرجرم کوچکتر و کم نورتر از کوتوله های سفید کم جرم هستند.
تاکر می‌گوید: «این با این واقعیت ترکیب می‌شود که کوتوله‌های سفید پرجرم‌تر نیز سریع‌تر از کوتوله‌های سفید کم‌جرم سرد می‌شوند، زیرا چگالی‌های بالاتر راندمان رسانایی را افزایش می‌دهند، به این معنی که حرکت انرژی از هسته به سطح و فرار آسان‌تر است». در نتیجه، کوتوله‌های سفید پرجرم کوچکتر، سردتر و در نتیجه بسیار کم‌نورتر از کوتوله‌های سفید کم‌جرم هم سن هستند.»
چگونه ستاره از دست همدم زامبی خود فرار می کند؟
برای تاکر، جالب ترین جنبه LAMOST J2354 تاریخچه تکامل آن است.
مدار کنونی بسیار بسیار نزدیک است [around 1.5 times the width of the sun]بنابراین سیستم مطمئناً تحت یک رویداد پاکت مشترک قرار گرفته است.”
مرحله “پوشش مشترک” یکی از ویژگی های مشترک تکامل ستارگان دوتایی است، زیرا زمانی که ستاره پرجرم تر در هسته خود هیدروژن تمام می شود، به یک غول سرخ تبدیل می شود. اگر منظومه دوتایی به کمتر از 500 برابر عرض خورشید تقسیم شود، ستاره همراه غول سرخ در لایه‌های نازک و گسترده‌اش جا می‌گیرد، از این رو عبارت “پوشش مشترک” به آن می‌گویند.
کشش و اصطکاک وجود دارد، بنابراین مدار به آرامی منقبض می‌شود، زیرا پوشش از سیستم خارج می‌شود. تاکر ادامه داد: اگرچه این فرآیند تقریباً بر تمام جنبه‌های تکامل ستاره‌های دوتایی تأثیر می‌گذارد، مدل‌سازی آن به دلیل مقیاس‌های زمانی و فضایی مضحک درگیر بسیار پیچیده است. فاز پوششی معمولی منجر به یک دوتایی نزدیکتر می‌شود و ستاره اولیه پرجرم‌تر از پوشش خود جدا می‌شود و یک ستاره هلیوم یا ستاره‌ای «کوتوله فرعی» باقی می‌ماند.»
تاکر گفت برای ستارگان ابتدایی کم جرم کمتر از سه برابر خورشید، هلیوم به آرامی با کربن و اکسیژن موجود در هسته ذوب می شود قبل از اینکه سیستم دوتایی مستقیماً به یک ستاره عادی و یک کوتوله سفید دوتایی “معمولی” تبدیل شود.
او توضیح داد: “با این حال، موجودات اولیه پرجرم تر با جرم بیش از سه برابر خورشید می توانند هلیوم را که در پوسته ای در اطراف هسته کربن/اکسیژن می سوزد، مشتعل کنند.” “این منجر به مرحله غول پیکر دوم می شود که در آن ستاره ها تا چند صد برابر عرض خورشید طلوع می کنند و شروع می شوند. در مرحله دوم فاز پوسته مشترک باز هم، این باید مدار را به قیمت از بین بردن پوشش ستاره ای اولیه کاهش دهد.”
چیزی که تیم واقعاً می‌خواهد بداند این است که چگونه همراه کم‌جرم در چنین سیستم دوتایی از دو مرحله جداگانه با یک پوشش مشترک بدون مارپیچ شدن به ستاره اولیه کوتوله سفید مرده جان سالم به در برد.
“ما می دانیم که باینری ها ادغام می شوند زیرا اکثر کوتوله های سفید به دلیل چرخش بسیار سریعشان شواهدی از ادغام نشان می دهند، بنابراین چگونه/چرا این دوتایی زنده ماند؟” من این مطالعه را به نظریه‌پردازان ستاره‌های دوتایی پیشنهاد کردم تا ایده‌هایمان را در مورد اینکه چگونه تکامل پوشش مشترک بر نتیجه دوتایی‌های مجاور حکومت می‌کند، آزمایش کنیم.»
در حال حاضر، اگرچه یافته های این تیم نشان می دهد که یک کوتوله سفید عظیم در این منظومه کمین کرده است، اما هنوز نمی توان احتمال وجود یک ستاره نوترونی را رد کرد.
بهترین راه برای تایید همدم یک کوتوله سفید با طیف فرابنفش است. تاکر در پایان گفت: «متاسفانه، این فقط از تلسکوپ فضایی هابل می‌آید، که در حال حاضر زمان رصد با آن دشوار است. «پیشنهاد ما برای این کار در واقع سال گذشته رد شد، بنابراین ما پیش رفتیم و آنچه داشتیم را منتشر کردیم. ما دوباره در چرخه های آینده تلاش خواهیم کرد، اما هابل شروع به نشان دادن سن و زوال خود کرده است.
این بدان معناست که ممکن است مدتی طول بکشد تا ستاره‌شناسان مطمئن شوند که آیا ستاره مرده در LAMOST J2354 یک ستاره نوترونی است یا یک کوتوله سفید عظیم.
تحقیقات این تیم در آرشیو arXiv منتشر شده است.
