ناپدیدشدن ستاره‌های پرجرم

0 0 0 0

توسط آزاده کیوانی , 9 نوامبر 2015

تعداد زیادی از ستاره‌های پرجرم در پایان عمر خود تبدیل به یک ابرنواختر رمبش هسته‌ای^۱ می‌شوند. وقتی این ستاره‌ها سوخت هسته‌ای خود را تمام می‌کنند و جرم آن‌ها به حد چاندراسکار^۲ می‌رسد، فشار درون هسته‌ی آن‌ها نمی‌تواند در مقابل نیروی گرانش مقاومت کند و مواد به سمت مرکز سقوط می‌کنند. این فرآیند وقتی مواد به اندازه‌ای فشرده شوند که به چگالی هسته‌ای برسند و فشار کوانتومی به وجود آید متوقف می‌شود. در واقع در این مرحله یک ستاره‌ی نوترونی اولیه تشکیل می‌شود و مواد دیگر به سمت بالا پرتاب می‌شوند و لایه‌های بیرونی ستاره منفجر می‌شوند. اما حالت دیگر این است که انرژی به‌وجود‌آمده در هسته‌ی ستاره به اندازه‌ای نباشد که مواد لایه‌های بیرونی را به سمت بالا پرتاب کند. در این حالت، انفجاری رخ نخواهد داد. این حالت بیشتر برای ستاره‌های پرجرم‌تری که هسته‌های آهنی بزرگتری دارند و درنتیجه انفجار سخت‌تر است، اتفاق می‌افتد.

مطالعات نشان می‌دهند که دسته‌ای از ابرنواخترها (Type IIP) از ابرغول‌های سرخ به وجود می‌آیند. اما با این وجود، تعداد ستاره‌های اجداد با درخشندگی ابرغول‌های سرخ به نظر کم‌تر از آن‌چه باید باشد می‌رسد. و در این میان، تعداد ابرغول‌های سرخ با جرم زیاد (بیشتر از ۱۶ برابر جرم خورشید) که دچار انجار ابرنواختری شده‌اند کم‌تر از مقدار مورد انتظار است. برخی گروه‌ها پیشنهاد داده‌اند که ستاره‌هایی در محدوده‌ی جرمی ۱۶ تا ۳۰ برابر جرم خورشید پس از آن‌که رمبیده می‌شوند تشکیل سیاهچاله‌هایی با انفجارهای خیلی ضعیف می‌دهند. شواهد مختلفی نشان می‌دهند که این انفجارهای ناموفق ابرنواختری وجود دارند. به احتمال زیاد، ناپیوستگی بین جرم‌های ستاره‌های نوترونی و سیاهچاله‌ها را می‌توان با ابرنواخترهای ناموفق توضیح داد.

مطالعات آرشیوی اجداد ابرنواخترهای رمبش هسته‌ای به جستجوی منابع گذری اپتیکی وابسته‌اند. باوجوداین‌که برخی از منجمان پیشنهاد داده‌اند که ابرنواخترهای ناموفق، به احتمال زیاد با یک منبع گذری کم‌سو همراهند، تاکنون هیچ کاندیدی برای آن یافت نشده است. اگر یک رمبش هسته‌ای خیلی کم‌نور باشد، طی این بررسی‌ها مشاهده نخواهد شد و درنتیجه، ستاره‌ی اولیه‌ی آن مشخص نخواهد شد. یک روش جایگزین، این است که می‌توان تعدادی از کهکشان‌های نزدیگ را در نظر گرفت و با عمق و وضوح کافی به مشاهده‌ی ستاره‌های پرجرم آن پرداخت. با جستجوی ستاره‌های پرجرمی که ناگهان ناپدید می‌شوند، ممکن است بتوان انفجارهای ابرنواختری ناموفق را پیدا کرد. این کار با تلسکوپ فضایی هابل یا تلسکوپ‌های ۸-متری زمینی امکان‌پذیر است.

شکل ۱. سمت چپ: زاوایه‌ی دید هریک از تصاویر هابل از کهکشان NGC 4038/4039 که بر تصویر فیلتر ‌R از تلسکوپ ۰.۹ متری CTIO منطبق شده است. سمت راست: نتایج فرآیند تفریق تصویر برای دو تصویر گرفته‌شده در ۲۰۰۴ و ۲۰۱۰. شکل بالایی، تصویر تفاضل برای همه‌ی کهکشان را نشان می‌دهد درحالی‌که تصویر پایینی (از چپ به راست)، تصویر بزرگنمایی‌شده‌ی یک تفریق بد از یک ستاره‌ی اشباع‌شده، یک تفریق بد از یک گره‌ی چگال در بازوی مارپیچی، و یک منبع نقطه‌ای خوب را نشان می‌دهند.

در این مقاله، از داده‌های آرشیوی موجود تلسکوپ فضایی هابل استفاده می‌شود و کهکشان‌هایی مورد بررسی قرار می‌گیرند که حداقل سه بار توسط هابل مشاهده شده‌اند. جستجو برای هر منبع نقطه‌ای درخشانی انجام می‌شود که در دو رصد اول مشاهده شده‌اند ولی در رصد سوم، وجود ندارد. در این مقاله چندین کاندیدای مختلف بررسی می‌شوند. تصویر سمت چپ شکل ۱، زاویه‌ی دید سه تصویر تلسکوپ هابل را از کهکشان NGC 4038/4039 نشان می‌دهد که بر روی تصویری از CTIO منطبق شده است. در سمت راست این شکل، نتایج پس از فرآیند تفریق تصاویر مشخص شده است. شکل ۲، تصویر سه باری را نشان می‌دهد که تلسکوپ هابل از کاندیدی در کهکشان NGC 3021 گرفته است. مکان این کاندید با خطوط قرمز نشان داده شده است.

شکل ۲. تصویر هابل از کاندیدی در NGC 3021 که در سه زمان مختلف گرفته شده است. اندازه‌ی تصاویر و جهت آن‌ها یکسان‌سازی شده است. به نظر می‌آید این یک کاندید خوب برای ستاره‌ی پرجرمی باشد که دچار انفجار ابرنواختری ناموفق شده است.

بررسی‌ها در این مقاله نشان می‌دهند که استفاده از تصاویر هابل، روش بهینه‌ای در راستای پیداکردن ستاره‌های پرجرم است. در بررسی اولیه‌ی این مقاله، یک انفجار ابرنواختری ناموفق پیدا شده است که به احتمال زیاد نشانگر تشکیل یک سیاهچاله است. برای تایید این موضوع نیاز به بررسی‌های ثانویه است. با گرفتن تصاویر بیشتر از کهکشان‌ها و کاندیداهای دیگر می‌توان تعداد کهکشان‌های مورد بررسی را افزایش داد. برای تحت نظر قراردادن یک کهکشان، هر ۴ ماه یک تصویر از آن لازم است که بهتر است در دو فیلتر مختلف گرفته شود. هم‌چنین کهکشان‌هایی که نرخ انفجار ابرنواختری بیشتری دارند، کاندیدهای بهتری برای کشف انفجارهای ابرنواختری ناموفق نیز هستند. این مطالعه‌ی اولیه برای یافتن انفجارهای ابرنواختری ناموفق با استفاده از تصاویر سه زمان مختلف (دو زمان در گذشته که ستاره در آن حضور دارد و یک زمان دیرتر که ستاره ناپدید شده است) انجام شده است. اما کاندیدهای بررسی‌شده در این تحقیق، نشان دادند که تصاویر بیشتری برای اطمینان از نتایج حاصله لازم است. در آینده، نتایج دقیق‌تری از این بررسی‌ها منتشر خواهد شد.