نیاز به ابرنواختری نیست: ستاره‌ای در آندرومدا مستقیماً به سیاه‌چاله فرو ریخت

[بریتانیا/آمریکای شمالی] - [خبرگزاری اخباری]

نیاز به ابرنواختری نیست: ستاره‌ای در آندرومدا مستقیماً به سیاه‌چاله فرو ریخت

در یک رویداد آسمانی قابل توجه که درک ما از تکامل ستاره‌ای را به چالش می‌کشد، اخترشناسان شواهد قانع‌کننده‌ای از یک ستاره عظیم در کهکشان همسایه آندرومدا شناسایی کرده‌اند که مستقیماً به درون یک سیاه‌چاله فرو ریخته و انفجار ابرنواختری خشونت‌آمیزی را که معمولاً با مرگ چنین ستاره‌هایی مرتبط است، نادیده گرفته است. این پدیده نادر، که مدت‌هاست توسط نظریه پیش‌بینی شده اما شواهد مشاهده‌ای کمی از آن وجود دارد، در داده‌های بایگانی ماموریت NEOWISE (کاوشگر نقشه‌برداری فروسرخ فرابرد اجرام نزدیک به زمین) ناسا پنهان کشف شد.

این ستاره که با نام M31-2014-DS1 شناخته می‌شود، اولین بار در سال 2014 توسط NEOWISE مشاهده شد که افزایش درخشندگی فروسرخ آن را نشان می‌داد. با این حال، این مشاهدات حیاتی تا زمانی که تیمی از محققان اخیراً داده‌های NEOWISE را برای یافتن منابع متغیر جستجو نکردند، در مجموعه داده‌های عظیم ناشناخته باقی ماند. کار دقیق آنها منجر به شناسایی M31-2014-DS1 شد، یک ستاره ابرغول که رفتار غیرعادی آن نشان‌دهنده فروپاشی مستقیم به یک سیاه‌چاله است.

یافته‌ها که در مجله معتبر *ساینس* با عنوان "ناپدید شدن یک ستاره عظیم در کهکشان آندرومدا به دلیل تشکیل سیاه‌چاله" منتشر شده‌اند، نتیجه مطالعه‌ای به رهبری کیشالای دی، استاد اخترشناسی در دانشگاه کلمبیا است. تیم تحقیقاتی تصاویر متوالی از کهکشان آندرومدا (M31) را که هر شش ماه یکبار بین سال‌های 2009 تا 2022 گرفته شده بودند، برای جستجوی رویدادهای گذرا بررسی کردند. آنها دریافتند که M31-2014-DS1 افزایش قابل توجهی در شار فروسرخ میانی خود نشان داده است - افزایش 50 درصدی در طول یک دوره دو ساله از سال 2014. به طرز شگفت‌انگیزی، پس از این دوره افزایش روشنایی، ستاره به شدت شروع به کم‌نور شدن کرد، در عرض یک سال به زیر روشنایی اولیه خود سقوط کرد و تا سال 2022 به کاهش خود ادامه داد.

دی، نویسنده اصلی، در بیانیه‌ای مطبوعاتی گفت: "این احتمالاً شگفت‌انگیزترین کشف زندگی من بوده است. شواهد ناپدید شدن ستاره در داده‌های بایگانی عمومی وجود داشت و هیچ‌کس سال‌ها متوجه آن نشد تا زمانی که ما آن را پیدا کردیم."

تحلیل‌های بعدی شامل استفاده از داده‌های تلسکوپ‌های زمینی و فضایی دیگر، از جمله تلسکوپ فضایی هابل بود. منحنی‌های نور بصری بازیابی شده برای این جرم، کاهش شدیدی را در حدود 100 برابر بین سال‌های 2016 و 2019 نشان داد. تا سال 2023، این جرم در مشاهدات بصری زمینی قابل تشخیص نبود. تصاویر هابل در سال 2022 هیچ منبع بصری را نشان نداد، فقط یک سیگنال ضعیف در فروسرخ نزدیک (NIR) وجود داشت. مشاهدات بعدی با تلسکوپ کک در سال 2023 این منبع ضعیف NIR را تأیید کرد.

این کم‌نور شدن غیرمعمول و پایدار قویاً نشان می‌دهد که ابرنواختری رخ نداده است. بر اساس مقاله تحقیقاتی، سرنوشت ستاره‌های عظیم به تعادل ظریفی بستگی دارد که شامل برهم‌کنش نوترینوها در طول فروپاشی هسته است. هنگامی که یک ستاره عظیم سوخت هسته‌ای خود را تمام می‌کند، هسته آن تحت گرانش فرو می‌پاشد. این فروپاشی باعث آزاد شدن مقدار عظیمی نوترینو می‌شود که انتظار می‌رود موج شوکی را به سمت بیرون هدایت کند و لایه‌های بیرونی ستاره را در یک انفجار ابرنواختری خارج کند.

با این حال، اگر موج شوکی که به سمت بیرون منتشر می‌شود به اندازه کافی قوی نباشد، پوسته خارجی ستاره خارج نمی‌شود و در عوض به سمت هسته در حال فروپاشی بازمی‌گردد. پیش‌بینی می‌شود که این سناریو منجر به تشکیل یک سیاه‌چاله با جرم ستاره‌ای و ناپدید شدن کامل ستاره از دید شود؛ این فرآیند "فروپاشی مستقیم" نامیده می‌شود.

ستاره پیشین M31-2014-DS1 در ابتدا جرمی حدود 13 برابر جرم خورشید داشت. تا زمان مرگش، جرم آن به حدود 5 برابر جرم خورشید کاهش یافته بود، که بیشتر جرم از دست رفته احتمالاً در طول عمرش از طریق بادهای ستاره‌ای قدرتمند دفع شده بود. این فرض که ستاره‌های این جرم به ناچار به صورت ابرنواختر منفجر می‌شوند، اکنون زیر سوال رفته است، همانطور که دی اشاره کرد: "فرض بر این بوده است که ستاره‌های با این جرم همیشه به صورت ابرنواختر منفجر می‌شوند. این واقعیت که این اتفاق نیفتاده نشان می‌دهد که ستاره‌های با جرم یکسان ممکن است موفق به انفجار شوند یا نشوند، احتمالاً به دلیل نحوه تعامل گرانش، فشار گاز و امواج شوک قدرتمند به روش‌های آشفته با یکدیگر در داخل ستاره در حال مرگ.”

یکی دیگر از نامزدهای سیاه‌چاله حاصل از فروپاشی مستقیم، N6946-BH1، در سال 2010 در کهکشان مارپیچی NGC 6946، در فاصله حدود 25 میلیون سال نوری مشاهده شد. اگرچه در رفتار مشابه است - دوره‌ای از افزایش روشنایی که با کم‌نور شدن دنبال می‌شود - N6946-BH1 به طور قابل توجهی دورتر است، که باعث می‌شود داده‌های مشاهده‌ای آن نسبت به M31-2014-DS1 کمتر دقیق باشد. این کشف جدید علاقه به N6946-BH1 را دوباره زنده می‌کند و مورد مربوط به رویدادهای فروپاشی مستقیم را تقویت می‌کند.

مورگان مک‌لئود، مدرس اخترشناسی در هاروارد و یکی از نویسندگان مقاله، اظهار داشت: "ما می‌دانستیم که سیاه‌چاله‌ها باید از ستاره‌ها بیایند. با این دو رویداد جدید، ما در حال تماشای اتفاق افتادن آن هستیم و در این فرآیند یاد می‌گیریم که این فرآیند چگونه کار می‌کند."

کشف M31-2014-DS1 نشان‌دهنده یک دستاورد مهم است که از بزرگترین مطالعه تاکنون بر روی منابع متغیر فروسرخ ناشی می‌شود. نادر بودن این رویدادها، در مقابل ماهیت آشکار ابرنواخترها، تشخیص آنها را بسیار دشوار می‌کند. دی توضیح داد: "برخلاف یافتن ابرنواخترها که آسان است زیرا ابرنواختر برای چند هفته کل کهکشان خود را روشن می‌کند، یافتن ستاره‌های منفردی که بدون تولید انفجار ناپدید می‌شوند، فوق‌العاده دشوار است." ماهیت پنهان این ناپدید شدن‌های ستاره‌ای به این معنی است که بسیاری دیگر ممکن است بدون شناسایی در بایگانی‌های نجومی پنهان شده باشند. انتظار می‌رود مشاهدات آینده، به ویژه از تأسیساتی مانند رصدخانه ورا روبین، رویدادهای بیشتری از این دست را کشف کنند و درک ما از مرگ‌های ستاره‌ای عظیم و تشکیل سیاه‌چاله‌ها را به طور قابل توجهی پیش ببرند.