شگفتی تکرارنشدنی؛ ستاره‌ای مرده به‌زودی در آسمان منفجر خواهد شد

در اکتبر ۱۲۱۷، اسقف اعظم صومعه اورزبرگ ابی که در جنوب آلمان امروزی قرار دارد، به آسمان چشم دوخت و در صورت فلکی قوس‌مانند تاج شمالی (Corona Borealis) پدیده‌ای حیرت‌انگیز را مشاهده کرد. او به زبان لاتین نوشت پدیده‌ی مشاهده‌شده در ابتدا ستاره‌ای کم‌نور بود که ناگهان با نوری عظیم درخشید و دوباره به حالت کم‌نور اصلی خود بازگشت. البته اسقف اعم اولین و آخرین شخصی نبود که این جلوه‌ی ستاره‌ای را رصد می‌کرد. این نمایش نوری تقریبا هر ۸۰ سال تکرار و سپس ناپدید می‌شود و دلیش نیز این است که اصلا ستاره نیست.

اسقف اعظم در واقع شاهد انفجاری گرماهسته‌ای در فاصله‌ی سه‌هزار سال نوری بود. این انفجار از یک کوتوله سفید یا زامبی ستاره‌ای سرچشمه می‌گرفت که مواد باقی‌مانده از ستاره‌ی غول سرخ مجاورش را می‌بلعید. تقریبا در هر قرن این ستاره به ظرفیت کامل می‌رسد، سپس منفجر می‌شود و به مدت یک هفته جهنمی سوزان را به وجود می‌آورد.

ستاره‌ی تی تاج شمالی (T Coronea Borealis) که به اختصار T CrB نامیده می‌شود، از نوع نواختر یا نوا است. کلمه‌ی نوا برگرفته از توصیف لاتین این پدیده‌ها به معنی «ستارگان جدید» است. آخرین انفجار T CrB در سال ۱۹۴۶ رخ داد و رفتار آن نشان می‌دهد که فوران بعدی‌اش زمانی بین حال و ماه سپتامبر خواهد بود.

در صورت وقوع انفجار T CrB، این ستاره با چشم غیرمسلح به شکل جواهری موقتی در تاج ستاره‌دار صورت فلکی خود می‌درخشد. ستاره‌شناس‌ها می‌خواهند از این انفجار به‌عنوان فرصتی برای یادگیری بیشتر درباره‌ی پدیده‌ی نوا استفاده کنند که کمتر مورد توجه قرار گرفته است. به نقل از بردلی اسکافر، اخترفیزیکدان دانشگاه ایالتی لوییزیانا، نواها رویدادهای بسیار عجیبی هستند. گاهی بررسی نمونه‌های متفاوت بهترین روش برای درک این گروه از ستاره‌ها است. به همین دلیل وقتی T CrB فعال شود، تعداد زیادی از تلسکوپ‌های جهان آن را نظاره خواهند کرد.

نوا مانند انفجار یک بمب هیدروژنی عظیم است که کل جو این کوتوله سفید هم‌اندازه با زمین را از بین می‌برد. نواها مانند ابرنواخترها نمی‌توانند به نابودی کامل ستاره بینجامند، با این‌حال اهمیتشان کمتر از ابرنواخترها نیست

نواخترها به صورت مکرر و فاجعه‌بار فوران می‌کنند؛ به‌نحوی که بدون نابودی اجداد ستاره‌ای خود، محیط اطرافشان را با ترکیبی قوی از مواد تازه ساخته‌شده غنی می‌کنند. نواها در واقع تولیدکنندگان عنصرهای موردنیاز برای حیات مثل کربن، نیتروژن و اکسیژن هستند و می‌توانند یکی از تولیدکنندگان اصلی لیتیوم هم باشند.

‌نقش نواها در تولید عناصر نشان می‌دهد که بدون رمزگشایی از ماهیت آن‌ها نمی‌توان تاثیر اخترفیزیک بر ظهور مولفه‌های زیستی را درک کرد. وقتی اخترشناسان خوش شانس باشند، نواهای مکرر را که دست‌کم یک‌بار در قرن فوران می‌کنند، به‌عنوان سیگنالی پیش‌بینی‌پذیر برای مطالعات خود پیدا می‌کنند. بااین‌حال آن‌ها فقط توانسته‌اند درحدود ۱۰ نوا، ازجمله تی تاج شمالی را در راه شیری کشف کنند.

با وجود عملکرد ساعت‌وار T CrB، فوران‌های این منظومه‌ی ستاره‌ای تنها در سال‌های ۱۲۱۷، ۱۷۸۷، ۱۸۶۶ و ۱۹۴۶ مستند شده‌اند. بر اساس جزئیات دقیق رصدها در دو انفجار ثبت‌شده‌ی قبلی، این ستاره در ماه آوریل یا شاید ماه می منفجر شود و بر اساس احتمالی دیگر این انفجار به سه ماه آینده موکول خواهد شد و ممکن است چند روز در آسمان شب دوام بیاورد.

برخی از بهترین رصدخانه‌های جهان توجه خود را به سمت T CrB جلب کرده‌اند تا در زمان وقوع انفجار آن را در طیف‌های نوری، رادیویی، پرتو ایکس و دیگر طول موج‌های نور ثبت کنند. ستاره‌شناس‌های آماتور هم بیکار نمی‌مانند. به گفته‌ی برایان کلاپنبرگ، اخترفیزیکدان انجمن ناظران ستاره‌ متغیر آمریکا در کمبریج:

اعضای ما عاشق چیزهایی هستند که قرار است منفجر شوند. من هر ده دقیقه یک ایمیل با چند رصد جدید دریافت می‌کنم.

آمادگی در تمام طیف‌ها می‌تواند T CrB را از یک نمونه‌ی عجیب کیهانی به کلید پاسخ برای معماهای مربوط به ابرنواخترها تبدیل کند. برای مثال، سرعت این انفجارها چقدر است؟ نجوم پرتو ایکس می‌تواند به ما در پاسخ به این پرسش کمک کند. وقتی فورانی رخ می‌دهد، با یک گوی آتشین داغ روبه‌رو می‌شوید که پرتوهای ایکس منتشر می‌کند. به مرور پوسته‌ی دفع‌شده‌ی کوتوله‌ی سفید سرد می‌شود و در نهایت پرتوهای نوری را منتشر می‌کند. اختلاف زمانی بین جرقه‌های نور و پرتو ایکس می‌تواند سرعت مواد دفع‌شده را تعیین کند.

انواع رویدادهای انفجاری کیهانی نوترینو تولید می‌کنند. نوترینوها ذره‌های تقریبا بی‌وزنی هستند که می‌توانند جزئیات درونی فرآیندهای مهیب را آشکار کنند؛ اما آشکارسازی آن‌ها بسیار دشوار است و تاکنون از نواخترها هیچ نوترینویی ثبت نشده است؛ اما دانستن زمان و مکان نواختر نوترینوساز می‌تواند به کشف آن‌ها کمک کند.

در واقع این فرصت وجود دارد که آشکارسازهای فعلی نوترینو بتوانند T CrB را آشکار کنند. در این صورت دانشمندان می‌توانند به دیدگاه جدیدی از فیزیک انفجاری نواخترها برسند.

با این‌حال، مسئله چگونگی انفجار نواخترها نیست بلکه تبدیل شدن آن‌ها به چیزی است که بسیاری از ستاره‌شناس‌ها را هیجان‌زده می‌کند. نواخترها می‌توانند زمینه‌ساز ابرنواخترهای نوع 1a باشند. در این ابرنواخترها مانند نواخترهای استاندارد، فرآیند مبادله‌ی جرم بین ستاره‌ها دیده می‌شود که حداقل یکی از آن‌ها یک کوتوله سفید است. با این‌ تفاوت که طی ابرنواختر نوع 1a، فرآیند گرماهسته‌ای به قدری شدید است که کوتوله سفید منفجر می‌شود.

یکی از رایج‌ترین مدل‌های ابرنواختر نوع 1a شامل کوتوله‌ سفیدی است که به دلیل بلعیدن مقدار زیادی ماده‌ی ستاره‌ای جرم آن به ۱٫۴ برابر جرم خورشید می‌رسد که به این مقدار حد چاندراسخار گفته می‌شود. فراتر از این حد، کوتوله سفید بیش از اندازه سنگین می‌شود و آبشاری گرماهسته‌ای را رقم می‌زند که به فروپاشی انفجاری آن می‌انجامد.

پژوهشگرها همچنین به دنبال بررسی مکانیک بازگشتی نواخترهای معمولی هستند. در صورتی که مواد کوتوله‌ی سفید به طور کامل مصرف نشوند یا در طول هر انفجار دفع نشوند، این نواخترها به مرور زمان تغییر می‌کنند. چه مقدار از این ماده روی کوتوله سفید باقی می‌ماند؟ چه مقدار از آن در یک نواختر منفجر می‌شود؟ این تغییر توازن انفجاری را می‌توان در طول انفجار بعدی T CrB بررسی کرد. کوتوله سفید عمدتا از کربن و اکسیژن تشکیل شده است، در حالی که بخش زیادی از غول سرخ را هیدروژن تشکیل می‌دهد و به این ترتیب مواد اولیه‌‌ای فراهم می‌شوند که بر اساس آن می‌توان مقدار نسبی مواد دفع‌شده در طول نوا را تعیین کرد.

ستاره‌شناس‌ها همچنین می‌خواهند از انفجار قریب‌الوقوع T CrB برای درک سه ویژگی حیرت‌آور این نواختر خاص استفاده کنند. هیچ‌کدام از نواخترهای دیگری که می‌شناسیم، چنین رفتارهایی را از خود نمایش نمی‌دهند. اغلب نواخترها به شکل کم‌نور باقی می‌ماند و تنها در طول انفجار درخشش بالایی دارند، اما درباره‌ی T CrB این‌گونه نیست. ویژگی جالب این ستاره این است که به مدت یک دهه پیش و پس از انفجار، درخشش نسبتا بالایی داشت و یک نور شدید داغ و آبی از خود منتشر می‌کرد.

دومین ویژگی عجیب، افت درخشش پیش از انفجار است که معمولا یک سال قبل از آن رخ می‌دهد. به گفته‌ی برخی کارشناسان، ماده‌ی کوتوله‌ی سفید به مرحله‌ی خوب پخته‌شده می‌رسد و در نهایت پوششی از غبار، آتش‌بازی زیرین آن را مخفی می‌کند. شاید T CrB گازهایی را پیش از فوران خود منتشر کند که به ایجاد پوسته‌ای از غبار می‌انجامد و نور را از سیستم مرکزی مسدود می‌کند و در نهایت به افت نور پیش از انفجار می‌انجامد.

سوم، به نظر می‌رسد چند ماه پس از انفجار T CrB انفجار ثانویه‌ای به وجود بیاید؛ فورانی که درخشش آن به انفجار اولیه نمی‌رسد، اما می‌تواند تا هفته‌ها یا ماه‌ها دوام بیاورد.

کوتوله سفید در طول فاز برافزایشی و انفجار نیم‌کره‌ی پیدای غول سرخ را شعله‌ور می‌کند. پس از انفجار، کوتوله‌ی سفید سرد می‌شود، اما سمت مشتعل غول سرخ هنوز بسیار گرم است و هنگامی که این نیم‌کره‌ی داغ به سمت زمین قرار بگیرد، ستاره‌شناس‌ها می‌توانند درخشش آن را تشخیص دهند و به اشتباه آن را به عنوان انفجار دوم تفسیر کنند.

در هر صورت، فوران مورد انتظار تجربه‌ای تکرارنشدنی در طول عمر انسان و فرصتی برای ستاره‌شناس‌ها است تا به پاسخ‌هایی درباره‌ی پرسش‌های دیرینه دست یابند.