یک ستاره بیوه سیاه در حال بلعیدن همدم خود مشاهده شد - هنجس بلاگ

به نظر می رسد که جرم عجیب ستاره ای تازه کشف شده، یک دوتایی بیوه سیاه (Black-Widow Binary) نو باشد. یک ستاره نوترونی یا تپ اختری که به سرعت در حال چرخش است و به آرامی ستاره کوچک تر همدم خود را می بلعد؛ به همین علت هم نام عنکبوتی مشابه خودش را گرفته است که همین کار را با جفتش می نماید.

اخترشناسان از وجود حدود بیست دوتایی بیوه سیاه در کهکشان راه شیری اطلاع دارند. این نوترین نامزد که ZTF J1406+1222 نام دارد، دارای کوتاه ترین دوره مداری شناسایی شده است به طوری که تپ اختر (Pulsar) و ستاره همراه آن تنها در هر 62 دقیقه به دور هم می چرخند.

این منظومه بعلاوه از این نظر منحصربه فرد است که به نظر می رسد میزبان سومین ستاره دوردست است که هر 10 هزار سال یک بار به دور دو ستاره درونی می چرخد. بر اساس مشاهدات، مانند بیشتر دوتایی های بیوه سیاه، این سیستم سه گانه هم احتمالا از مجموعه ای متراکم از ستارگان قدیمی که به عنوان خوشه کروی شناخته می شوند، پدید آمده است.

این خوشه خاص ممکن است به سمت مرکز کهکشان راه شیری حرکت نموده باشد که در آن گرانش سیاهچاله مرکزی (کمان ای*) برای جدا کردن خوشه کافی بوده و در عین حال این سه ستاره را دست نخورده باقی گذاشته است. کوین برج (Kevin Burdge) پژوهشگر پسادکترای MIT گفت: این یک سناریوی تولد پیچیده است. این منظومه احتمالا بیش از خورشید در راه شیری شناور بوده است.

در حالی که بیشتر دوتایی های بیوه سیاه با تابش پرتو گاما و ایکس از تپ اختر مرکزی یافت می شوند، تیم پژوهشی این بار در روشی تازه، از نور مرئی و به طور خاص چشمک زدن ستاره همدم برای تشخیص ZTF J1406+1222 استفاده کرد.

برج اظهار داشت: این منظومه در میان بیوه های سیاهر شناسایی شده، واقعا منحصربه فرد است، چون آن را با نور مرئی و به علت همدم گسترده اش، و این واقعیت که از مرکز کهکشان آمده است، تشخیص دادیم. هنوز چیزهای زیادی را درباره آن درک نمی کنیم اما اکنون روش نوی برای جست وجوی این سیستم ها در آسمان داریم.

نویسندگان این مطالعه، همکارانی از چندین مؤسسه، از جمله دانشگاه وارویک، مؤسسه فناوری کالیفرنیا، دانشگاه واشنگتن، دانشگاه مک گیل و دانشگاه مریلند هستند.

روش تشخیص تازه

دوتایی های بیوه سیاه به وسیله تپ اخترها، ستاره های نوترونی با چرخش بسیار سریع که هسته های فروپاشیده ستارگان پرجرم هستند، نیرو می گیرند. تپ اخترها چرخشی شگفت آور دارند و هر چند میلی ثانیه به دور خود می چرخند که در این فرآیند، فلاش هایی از پرتوهای پرانرژی گاما و ایکس گسیل می نمایند.

تپ اخترها معمولا هم زمان با سوزاندن مقدار زیادی انرژی به سرعت می چرخند و می میرند. اما هر چند وقت یک بار، یک ستاره در حال گذر می تواند به یک تپ اختر جان تازه ای بدهد. با نزدیک شدن ستاره، گرانش شدید تپ اختر موادی را از ستاره به بیرون می کشد و سوخت تازه ای برای افزایش چرخش تپ اختر فراهم می نماید. تپ اختر بازیابی شده سپس دوباره انرژی گسیل می نماید که باعث می گردد مواد بیشتری از ستاره را ببلعد و در نهایت آن را از بین ببرد.

بدین ترتیب این سیستم های ستاره ای، به این علت بیوه های سیاه نامیده می شوند که تپ اختر، همدم خود را برای بازیابی خود مصرف می نماید؛ درست همان طور کهعنکبوت بیوه سیاه جفت خود را می خورد.

تا کنون هر دوتایی بیوه سیاه به وسیله فلاش های پرتوهای گاما و ایکس تپ اختر شناسایی شده بود اما برج، دوتایی ZTF J1406+1222 را به وسیله چشمک زدن همدم ستاره ای تشخیص داد. به نظر می رسد که سمت روز ستاره همدم، یعنی سمتی که همواره رو به تپ اختر است، به علت تابش پر انرژی ثابتی که از تپ اختر دریافت می نماید، چندین برابر داغ تر از سمت شب آن باشد.

برج درباره این روش شناسایی گفت: من فکر کردم، می توانیم به جای اینکه مستقیما در پی تپ اختر بگردیم، سعی کنیم در پی ستاره ای باشیم که تپ اختر مشغول پختن آن است.

طبق استدلال او، اگر اخترشناسان ستاره ای را رصد نمایند که درخشندگی آن به طور متناوب و به مقدار زیادی تغییر می نماید، نشان دهنده ای قوی از این موضوع است که در یک دوتایی (باینری) با یک تپ اختر واقع شده است.

تأیید با حرکت ستاره

برای آزمایش این نظریه، پژوهشگران داده های نوری ثبت شده به وسیله تأسیسات گذر تسوئیکی (Zwicky Transient Facility) را که رصدخانه قرار گرفته در کالیفرنیا است و تصاویر میدانی وسیعی از آسمان شب می گیرد، آنالیز کردند.

این تیم پژوهشی با آنالیز ستارگان، در پی تغییرات چشمگیر روشنایی آن ها با ضریب 10 یا بیشتر، در مقیاس زمانی حدود یک ساعت یا کمتر بود. این نشانه ها حضور ستاره همدمی را که به دور یک تپ اختر می چرخد، بیان می نمایند.

بدین ترتیب این تیم توانست ده ها دوتایی بیوه سیاه را انتخاب و دقت روش نو را تأیید کند. سپس ستاره ای را مشاهده کردند که درخشندگی آن با ضریب 13 و در هر 62 دقیقه تغییر می کرد که نشان می داد احتمالا بخشی از یک دوتایی بیوه سیاه تازه است و آن را ZTF J1406+1222 نامگذاری کردند.

در ادامه دانشمندان ستاره را در رصدهای صورت گرفته به وسیله تلسکوپ فضایی گایا (Gaia) آژانس فضایی اروپا جست وجو کردند. بعلاوه با نگاه به مقدار گیری های قدیمی ستاره به وسیله نقشه برداری آسمانی دیجیتال اسلون (Sloan Digital Sky Survey) دریافتند که یک ستاره دوردست دیگر هم این دوتایی را دنبال می نماید و مدار آن را 10000 سال محاسبه کردند.

با این وجود، اینکه اخترشناسان مستقیما تشعشعات گاما یا اشعه ایکس را از این تپ اختر تشخیص نداده اند، که روش معمول شناسایی دوتایی های بیوه سیاه به شمار می رود، عجیب است. بنابراین ZTF J1406 + 1222 فعلا یک نامزد دوتایی بیوه سیاه در نظر گرفته می گردد و تیم پژوهشی امیدوار است با مشاهدات آینده بتواند آن را تأیید کند.

برج گفت: تنها چیزی که با اطمینان می دانیم این است که ستاره ای را می بینیم که سمت روز آن بسیار داغ تر از سمت شب است و هر 62 دقیقه به دور چیزی می چرخد. همه چیز نشان می دهد که یک دوتایی بیوه سیاه است اما چند مورد عجیب هم درباره آن وجود دارد و ممکن است چیزی کاملا نو باشد.

این تیم بعلاوه میخواهد از روش نوری برای شناسایی ستاره های نوترونی و بیوه های سیاه بیشتر در آسمان استفاده کند.

عکس کاور: طرحی گرافیکی از یک تپ اختر در حال بلعیدن ستاره همدم

Credit: NASAs Goddard Space Flight Center / Cruz deWilde

منابع: Big Think, Space