جای تعجب نیست که اخترشناسان برای پرتاب پروژه‌ بزرگ بعدی تلسکوپ فضایی ناسا، یعنی تلسکوپ نانسی گریس رُومن، هیجان‌زده‌اند. پژوهش‌های اخیر نشان داده‌اند که رُومن، که قرار است حداکثر تا ماه می ۲۰۲۷ به فضا پرتاب شود، ممکن است در جریان اجرای برنامه‌ رصدی «پیمایش زمانی با عرض بالا» تا ۱۰۰هزار انفجار قدرتمند کیهانی را کشف کند.

این رویدادهای نیرومند و خشونت‌آمیز شامل سه نوع انفجار کیهانی خواهند بود؛ ابرنواخترهایی که نشان‌دهنده‌ مرگ ستارگان پرجرمند، کیلونواهایی که در اثر برخورد دو ستاره‌ نوترونی بسیار چگال رخ می‌دهند و فوران‌هایی از گاز و انرژی که سیاه‌چاله‌های فوق‌پرجرم در حین بلعیدن ماده به بیرون پرتاب می‌کنند. رُومن حتی ممکن است نابودی انفجاری نخستین نسل از ستارگان کیهان را نیز شناسایی کند. این انفجارها می‌توانند به دانشمندان در رمزگشایی از انرژی تاریک نام موقتی برای نیروی مرموزی که موجب شتاب‌گرفتن انبساط کیهان شده است و بسیاری از معماهای دیگر کیهانی کمک کنند.

رهبر این پژوهش، بنجامین رُز، استادیار دانشگاه بایلور، در بیانیه‌ای گفت: «فرقی نمی‌کند که بخواهید انرژی تاریک، ستارگان در حال مرگ، نیروگاه‌های کهکشانی یا شاید حتی پدیده‌هایی کاملاً جدید و نادیده را بررسی کنید، این پیمایش گنجینه‌ای بی‌نظیر خواهد بود.»

رُومن در جست‌وجوی کوتوله‌های سفید منفجرشونده خواهد بود!

پیمایش زمانی با عرض بالا نتایج انفجاری خود را از طریق اسکن یک منطقه‌ بزرگ از فضا، هر پنج روز یک‌بار برای دو سال، به‌ دست خواهد آورد.

به گزارش ایسنا و به نقل از اسپیس، این مشاهدات سپس بصورت «بافته‌شده» کنار هم قرار می‌گیرند تا فیلم‌هایی از انفجارهای کیهانی گوناگون ساخته شود. بسیاری از این انفجارها ابرنواخترهای نوع Ia خواهند بود؛ نوعی انفجار کیهانی که زمانی رخ می‌دهد که یک ستاره‌ مرده یا «کوتوله‌ سفید» چنان حریصانه از ستاره‌ همدم خود تغذیه می‌کند که در نهایت منفجر می‌شود.

این انفجارهای کیهانی برای اخترشناسان بسیار مهمند، زیرا نور خروجی و اوج درخشندگی آنها از رویدادی به رویداد دیگر چنان منظم است که می‌توان آنها را برای سنجش فواصل کیهانی به‌کار برد. بخاطر همین نظم، اخترشناسان به ابرنواخترهای نوع Ia لقب «شمع‌های استاندارد» داده‌اند.

این پژوهش جدید که کل پیمایش زمانی با عرض بالای رُومن را شبیه‌سازی کرده، نشان می‌دهد که این تلسکوپ فضایی می‌تواند تا ۲۷هزار ابرنواختر نوع Ia جدید را آشکار کند. این تعداد تقریباً ۱۰ برابر کل ابرنواخترهای نوع Ia کشف‌شده در تمام پیمایش‌های پیشین است. با بررسی شمع‌های استاندارد در فواصل کیهانی مختلف، اخترشناسان عملاً به گذشته‌ کیهان می‌نگرند و این امکان را دارند که نرخ انبساط جهان را در آن زمان‌ها اندازه‌گیری کنند، بنابراین چنین گنجینه‌ای از ابرنواخترهای نوع Ia می‌تواند سرنخ‌هایی از رازهای انرژی تاریک آشکار کند. این یافته می‌تواند به تأیید نتایج اخیر ابزار طیف‌سنج انرژی تاریک (DESI) کمک کند که نشان می‌دهند این نیروی مرموز احتمالاً در حال تضعیف است.

رُز توضیح داد: «پُر کردن این خلأهای داده‌ای می‌تواند خلأهای درک ما از انرژی تاریک را نیز پُر کند. شواهدی در حال افزایش‌اند که انرژی تاریک در طول زمان تغییر کرده است و رُومن به ما کمک خواهد کرد تا این تغییر را با بررسی تاریخ کیهانی به روش‌هایی که تلسکوپ‌های دیگر نمی‌توانند، درک کنیم.»

ستارگان در حال مرگ، داستان چرخه‌ حیات ستاره‌ای را بازگو می‌کنند

این تیم تخمین می‌زند که تا ۶۰هزار مورد از ۱۰۰هزار انفجار کیهانی قابل کشف توسط رُومن، ابرنواخترهای «فروریزش هسته‌ای» باشند.

این پدیده زمانی رخ می‌دهد که ستارگان عظیم، با جرمی حداقل هشت برابر خورشید، سوخت هسته‌ای خود را به پایان می‌برند و دیگر نمی‌توانند در برابر فروپاشی گرانشی مقاومت کنند.

هنگامی‌که هسته‌ این ستارگان بسرعت فرو می‌ریزد، لایه‌های بیرونی در قالب انفجارهای ابرنواختری به بیرون پرتاب می‌شوند و عناصر ساخته‌شده درون این ستارگان را در سراسر کیهان پخش می‌کنند تا به مصالح اولیه‌ نسل بعدی ستارگان، سیاره‌های آنها و شاید حتی حیات موجود در آنها تبدیل شوند. ابرنواخترهای فروریزش هسته‌ای درنهایت منجر به شکل‌گیری ستاره‌ نوترونی یا سیاه‌چاله می‌شوند، بسته به جرم ستاره‌ اولیه.

به‌ همین‌ دلیل، گرچه این نوع ابرنواخترها نمی‌توانند مانند نوع Ia در رمزگشایی انرژی تاریک کمک کنند، اما می‌توانند داستان حیات و مرگ ستاره‌ای را روایت کنند.

ربه‌کا هاونسِل از مرکز پروازهای فضایی گادرد ناسا، یکی از اعضای تیم پژوهش، توضیح داد: «با مشاهده‌ تغییرات نوری یک جرم در طول زمان و تجزیه‌ آن به طیف‌ها، رنگ‌های مجزایی با الگوهایی که اطلاعاتی درباره‌ جرم منتشرکننده‌ نور می‌دهند، می‌توانیم بین انواع مختلفی از درخشش‌هایی که رُومن خواهد دید، تمایز قائل شویم. با داده‌هایی که تهیه کرده‌ایم، دانشمندان می‌توانند الگوریتم‌های یادگیری ماشینی را برای تمایز انواع مختلف اجرام آموزش دهند و از میان سیلاب داده‌های رُومن، آنها را بیابند.»

وی افزود: «هنگام جست‌وجوی ابرنواخترهای نوع Ia، رُومن مقدار زیادی صید جانبی کیهانی جمع‌آوری خواهد کرد، پدیده‌هایی که ممکن است برای برخی دانشمندان مفید نباشد، اما برای برخی دیگر ارزشمند خواهد بود.»

جواهرهای نادر کیهانی و کیلونواهای طلایی

یکی از نادرترین رویدادهایی که رُومن می‌تواند شناسایی کند، زمانی رخ می‌دهد که سیاه‌چاله‌ها ستارگان بی‌نصیب را که بیش‌ازحد به آنها نزدیک شده‌اند، می‌بلعند.

در این رویدادهای موسوم به «اختلال کشندی» (TDEs)، ستاره‌ نگون‌بخت بر اثر نیروی گرانشی عظیم سیاه‌چاله، توسط نیروی کشندی شدید آن متلاشی می‌شود.

گرچه بخش زیادی از ستاره توسط سیاه‌چاله بلعیده می‌شود، این غول‌های کیهانی خورنده‌هایی نامرتب‌اند، به این معنا که بخش بزرگی از ماده‌ ستاره‌ای با سرعت‌هایی نزدیک به سرعت نور به بیرون پرتاب می‌شود. این جریان ماده و موادی که به‌شکل یک دیسک چرخان پیرامون سیاه‌چاله تثبیت می‌شوند (دیسک برافزایشی)، در سراسر طیف الکترومغناطیسی تابش تولید می‌کنند.

رُومن این تابش‌ها را برای شناسایی تی.دی.ای‌ها رصد خواهد کرد و تیم پیش‌بینی می‌کند که پیمایش زمانی با عرض بالا بتواند حدود ۴۰ مورد از این رویدادهای ستاره‌خوار را آشکار کند.

حتی گریزان‌تر از تی.دی.ای‌ها، کیلونواها هستند؛ انفجارهایی از نور که زمانی رخ می‌دهند که دو ستاره‌ نوترونی با هم برخورد و ادغام می‌شوند.

تیم پژوهشی برآورد می‌کند که رُومن می‌تواند حدود پنج کیلونوا جدید کشف کند؛ گرچه این تعداد کم است، این مشاهدات می‌توانند برای درک منشأ فلزات گران‌بهایی مانند طلا و نقره حیاتی باشند. گرچه بیشتر عناصر پیرامون ما در دل ستارگان شکل گرفته‌اند، حتی این کوره‌های ستاره‌ای هم فشار و دمای لازم برای ساخت عناصری سنگین‌تر از آهن را ندارند. محیط‌های اطراف برخورد ستارگان نوترونی تنها کوره‌هایی در کیهان‌اند که به‌اندازه‌ کافی افراطی هستند تا عناصری چون طلا، نقره و پلوتونیوم را تولید کنند.

این عناصر ابتدا به‌ شکل عناصر ناپایدار و سنگین‌تری زاده می‌شوند که بسرعت واپاشی می‌کنند. این واپاشی نوری آزاد می‌کند که بصورت کیلونوا دیده می‌شود و بنابراین مطالعه‌ این نور برای درک این فرایند حیاتی است.

بررسی کیلونواها می‌تواند کمک کند تا مشخص شود ادغام ستارگان نوترونی چه نوع اجرام آسمانی ایجاد می‌کند، ستاره‌ای نوترونی بزرگ‌تر که بسرعت به سیاه‌چاله فرو می‌ریزد، سیاه‌چاله‌ای که بلافاصله شکل می‌گیرد، یا چیزی کاملاً جدید و ناشناخته.

تا این لحظه، اخترشناسان فقط یک کیلونوا را بطور قطعی شناسایی کرده‌اند، بنابراین حتی پنج مورد دیگر نیز موهبتی علمی خواهد بود.

رُومن به‌دنبال بی‌ثباتی در نخستین ستارگان کیهان است

شاید هیجان‌انگیزترین کشف انفجار کیهانی که رُومن بتواند انجام دهد، مشاهده‌ مرگ انفجاری عجیب نخستین ستارگان جهان باشد.

در حال حاضر، این فرضیه وجود دارد که این ستارگان عظیم اولیه ممکن است به‌شیوه‌ای متفاوت از ستارگان مدرن مرده باشند.

به‌ جای فروپاشی هسته‌ای، ممکن است پرتوهای گاما در درون نخستین ستارگان، جفت ذره‌ ماده - پادماده به‌ شکل الکترون و پوزیترون تولید کرده باشند. این ذرات درون ستاره یکدیگر را نابود می‌کردند و در نتیجه انرژی آزاد می‌شد که منجر به نوعی انفجار خودبه‌خودی به‌ نام «ابرنواختر بی‌ثباتی جفتی» می‌شد.

این انفجارها چنان نیرومندند که طبق نظریه، هیچ چیزی از آنها باقی نمی‌ماند، جز ردپایی از عناصری که در طول عمر ستاره ساخته شده‌اند.

تاکنون اخترشناسان ده‌ها نامزد برای ابرنواختر بی‌ثباتی جفتی شناسایی کرده‌اند، اما هیچ‌یک تأیید نشده‌اند. شبیه‌سازی این تیم نشان می‌دهد که رُومن می‌تواند تا ۱۰ ابرنواختر بی‌ثباتی جفتی تأییدشده را کشف کند.

رُز گفت: «فکر می‌کنم رُومن نخستین شناسایی تأییدشده از یک ابرنواختر بی‌ثباتی جفتی را انجام خواهد داد. این رویدادها بسیار دور و بسیار نادرند، بنابراین به تلسکوپی نیاز دارید که بتواند بخش وسیعی از آسمان را با عمق کافی و در نور نزدیک‌ به‌ فروسرخ بررسی کند، و آن تلسکوپ رُومن است.»

انتهای پیام