شعله غول پیکر پرتو گاما از یک مگنتار «به تازگی درگذشته» کهکشان سیگار را روشن می کند
به گزارش مجله نجم
اخترشناسان بر این باورند که شعلهای عظیم نادر پیدا کردهاند که از یک ستاره مرده بسیار مغناطیسی یا مغناطیسی فوران میکند که به اندازهای روشن بوده که بتواند کل کهکشان را روشن کند. اگر این کشف درست باشد، اولین باری است که پرتوهای گاما از یک ستاره نوترونی «به تازگی مرده» در حال فوران در خارج از کهکشان راه شیری دیده میشود.
این شعله برای اولین بار توسط مرکز داده علوم یکپارچه در ژنو به صورت انفجار کوتاهی از پرتوهای گامای پرانرژی مشاهده شد که تنها یک دهم ثانیه طول می کشد. انتگرال هشداری را برای ستاره شناسانی ارسال کرد که فقط 13 ثانیه پس از شعله ور شدن، متوجه شدند که این پرتوهای گاما به نظر می رسد که از کهکشان درخشان مسیه 82 (M82) که به دلیل شکل کشیده اش به “کهکشان سیگار” ملقب شده است می آیند. کهکشان سیگار در فاصله 12 میلیون سال نوری از زمین قرار دارد.
اما همه اینها باعث شد تا ستاره شناسان معما را حل کنند. آیا این یک انفجار پرتو گامای نسبتاً رایجی بود که آنها از این کهکشان میدیدند، که ستارهزایی شدیدی نیز دارد، یا قطعاً نمایانگر شعلههای نادر یک ستاره بسیار مغناطیسی بود؟
مربوط: یکی از “افراطی” ترین ستاره های مرده در جهان به طور غیرمنتظره ای به زندگی بازگشت.
ساندرو مرگتی، رهبر تحقیقات و دانشمند مؤسسه ملی اخترفیزیک (INAF-IASF)، در بیانیه ای گفت: «ما بلافاصله متوجه شدیم که این یک هشدار ویژه است. فورانهای پرتو گاما از دوردستها و از هر نقطهای در آسمان میآیند، اما این یکی از کهکشانهای درخشان نزدیک است.»
مرگتی و همکارانش برای بررسی شعله ی پرتو گاما به سرعت مشاهدات بعدی منبع انفجار را با استفاده از تلسکوپ فضایی XMM-نیوتن انجام دادند. آنها استدلال کردند که اگر این انفجار پرتو گاما یک انفجار کوتاه پرتو گاما باشد که در نتیجه یک رویداد قدرتمند مانند برخورد دو ستاره نوترونی با یکدیگر و ادغام ایجاد شده است، پس باید یک شفق قطبی مرتبط نیز در پرتوهای ایکس دیده شود و نور مرئی. این رویداد همچنین باعث میشود فضا-زمان با امواجی به نام امواج گرانشی «طنینانداز» کند.
Michela Regoselli عضو تیم و محقق INAF گفت: “مشاهدات XMM-Newton فقط گاز و ستاره های داغ در کهکشان را نشان داد.” اگر این انفجار یک انفجار کوتاه پرتو گاما بود، میتوانستیم منبع پرتو ایکس ضعیفی را از محل آن میدیدیم، اما این شفق در آنجا نبود.»
نقش انتگرال در توانمند ساختن محققان برای تسریع در بررسی این فلاش اشعه گاما این بود – پیشاپیش پوزش می طلبیم – پایه ای برای تعیین منشا واقعی آن و ردیابی آن به انفجار یک مگنتار در M82.
Jan-Uwe Ness، دانشمند پروژه Integral در این نسخه توضیح داد: «وقتی مشاهدات غیرمنتظره ای مانند این ثبت می شود، Integral و XMM-Newton می توانند در برنامه های خود انعطاف پذیر باشند، که در اکتشافات حساس زمانی ضروری است. در این مورد، اگر مشاهدات حتی یک روز بعد انجام می شد، ما چنین شواهد محکمی نداشتیم که این واقعاً یک مغناطیس بوده و نه یک انفجار پرتو گاما.
یک مگنتار مرده و در حال سوختن
مغناطیسها نوعی ستاره نوترونی هستند که با میدانهای مغناطیسی فوقالعاده قویشان مشخص میشود. مانند همه ستارگان نوترونی، مگنتارها زمانی متولد می شوند که ستاره ای با جرم حداقل هشت برابر خورشید، سوخت مورد نیاز برای همجوشی هسته ای را در هسته خود تخلیه کند. این به نیروی خارجی مرتبط با فشار تشعشعی که میلیونها یا گاهی میلیاردها سال از این ستارگان در برابر فروپاشی تحت گرانش خود محافظت میکند، پایان میدهد.
با از بین رفتن این حفاظت، هسته این ستاره در حال مرگ فرو می ریزد در حالی که لایه های بیرونی، که اکثر جرم ستاره را نشان می دهند، در یک انفجار ابرنواختری منفجر می شوند. نتیجه یک هسته ستاره ای مرده با جرمی بین یک تا دو برابر جرم خورشید است که در فضایی با وسعت بیش از 12 مایل (20 کیلومتر) فشرده شده است.
این فروپاشی سریع منجر به ستارههای نوترونی میشود که از چگالترین ماده شناخته شده در کیهان تشکیل شدهاند که اگر یک قاشق غذاخوری از آن به زمین بیاید یک میلیارد تن وزن خواهد داشت. این فروپاشی دو پیامد جدی دیگر نیز دارد.
همانطور که یک اسکیت باز روی زمین از حفظ تکانه زاویه ای با کشیدن بازوهای خود برای افزایش سرعت چرخشی خود استفاده می کند، کاهش شعاعی سریع یک هسته ستاره ای در حال مرگ باعث می شود یک ستاره نوترونی تازه متولد شده با سرعتی باورنکردنی بچرخد. برخی از ستاره های نوترونی جوان با سرعت 700 بار در ثانیه می چرخند.
این فروپاشی همچنین خطوط میدان مغناطیسی هسته ستاره را به هم نزدیک می کند. هرچه خطوط میدان نزدیکتر باشند، میدان مغناطیسی قوی تر است. این بدان معنی است که برخی از ستاره های نوترونی قوی ترین میدان های مغناطیسی را در کل جهان دارند. سرعت چرخش و مغناطیس شدید ستارگان نوترونی با افزایش سن این بقایای ستاره ای کاهش می یابد.
اشلی کرمز، محقق ESA، گفت: “برخی از ستارههای نوترونی جوان میدانهای مغناطیسی بسیار قوی دارند، 10000 برابر ستارههای نوترونی معمولی. اینها مگنتار نامیده میشوند. آنها انرژی را در شرارهها میفرستند و گاهی اوقات این شعلهها بسیار زیاد هستند.”
شعلههای ستارگان زمانی رخ میدهند که «ستارهلرزهها» روی سطح این ستارههای نوترونی بسیار مغناطیسی، میدانهای مغناطیسی شدید آنها را مختل کنند.
در 50 سال رصد جهان با پرتوهای گاما، بشریت قبلاً فقط سه شعله را ثبت کرده است. آنها در سالهای 1979، 1998 و 2004 یافت شدند که همگی مگنتارهای کهکشان راه شیری بودند.
با این حال، شاید خوش شانسی است که مگنتارهای فروزان نادر هستند. مثالی که در دسامبر 2004 دیدیم، که توسط یک مغناطیس در فاصله 30000 سال نوری از زمین ایجاد شد، آنقدر قدرتمند بود که در واقع بر جو بالای سیاره ما تأثیر گذاشت. این اثر شبیه به آنچه توسط شعله های خورشیدی ایجاد می شود بود، اما خورشید قدر 1.9 داشت. یک میلیارد بارها به زمین نزدیکتر از مگنتاری است که در سال 2004 شعله ور شدن پرتو گاما را به جا گذاشت.
این کشف یکپارچه نشان دهنده اولین باری است که درخششی از یک مگنتار در خارج از کهکشان راه شیری مشاهده شده است. با این حال، این تیم بر این باور است که برخی دیگر از انفجارهای کوتاه پرتو گاما که توسط انتگرال دیده می شود، در واقع شعله های مگنتارهای خارج کهکشانی نیز بوده اند.
یان اووه گفت: «با این حال، انفجارهایی که برای مدت کوتاهی به طول میانجامند، تنها زمانی میتوانند بهطور تصادفی ثبت شوند که رصدخانه از قبل در جهت درست قرار گرفته باشد». این باعث می شود انتگرال با میدان دید بزرگش بیش از 3000 برابر مساحت آسمان تحت پوشش ماه باشد که برای این اکتشافات بسیار مهم است.
مکان مگنتار در M82 مهم است زیرا این کهکشان درخشان محل انفجار شدید تشکیل ستاره است. این امر تأیید میکند که در این مناطق ستارهباران، ستارگان پرجرم به سرعت زندگی میکنند و جوان میمیرند و ستارههای نوترونی جوان را بهعنوان مگنتارهای متلاطم و سریع در حال چرخش باقی میگذارند.
این تیم اکنون برای کمک به درک بهتر زندگی و مرگ ستارگان پرجرم در این مناطق و درک بهتر چگونگی تکامل ستارگان نوترونی در طول زمان، به دنبال مگنتارهای بیشتری در کهکشان های ستارگانی می گردد.
کرمز گفت: «این کشف دری را برای جستجوی ما برای دیگر مگنتارها در خارج از کهکشان باز می کند. اگر بتوانیم اطلاعات بیشتری پیدا کنیم، میتوانیم درک کنیم که این شعلهها چند بار رخ میدهند و چگونه این ستارهها انرژی خود را در این فرآیند از دست میدهند.»
تحقیقات این تیم روز چهارشنبه (24 آوریل) در مجله Nature منتشر شد.