در دومین مقاله از سری مقاله‌های «ارزیابی ده‌سالانه‌ی اخترشناسی و اخترفیزیک۱» به بررسی مشاهدات پرتوایکس برای یافت و مطالعه‌ی منابع گذرای۲ فراکهکشانی می‌پردازیم. مشاهدات موردنظر در این مقاله مشاهدات دنبال‌گر۳ گذراها هستند به این معنی که ابتدا منبع گذرا در طیف دیگری رصد شده است یا مثلا امواج گرانشی یا ذره‌ای مثل نوترینو آشکار شده است و سپس تلسکوپ‌های پرتوایکس به سرعت به رصد جهت مربوطه در آسمان می‌پردازند. مشاهدات پرتوایکس در ۵۰ سال گذشته نقش مهمی در اکتشافات نجومی داشته‌اند. از کشف سیاهچاله‌های کهکشانی جدید تا فوران‌های عظیم ستاره‌ای، تا رخدادهای اختلال جزر و مدی۴، و تا کشف مگنتارها۵ و تپ‌اختر‌های میلی‌ثانیه‌ای. هم‌چنین، هرازچندگاهی دسته‌های جدیدی از منابع اخترفیزیکی در مشاهدات مختلف الکترومغناطیسی یافت می‌شوند. به این بخش از نجوم، به اصطلاح «دامنه‌ی زمان۶» گفته می‌شود که به مطالعه‌ی تغییرات زمانی منبع اخترفیزیکی می‌پردازد و دارای پتانسیل زیادی برای کشف‌های گوناگون است. باتوجه به تلسکوپ‌های جدیدی که در دهه‌ی آینده آغاز به کار خواهند کرد، افزایش قابل‌توجهی در نرخ کشف منابع گذرای اخترفیزیکی و فراکهکشانی پیش‌بینی می‌شود. مشاهدات چندطیفی و چندگانه‌ی تعداد زیادی از تلسکوپ‌ها و آشکارسازها که به سرعت به یک رخداد گذرا واکنش نشان می‌دهند، برای فهم بهتر گذراها و ویژگی‌های فیزیکی آن‌ها حائز اهمیتند. در این مقاله راجع به اهمیت مشاهدات پرتوایکس در پاسخ به چند سؤال کلیدی در اخترفیزیک می‌پردازیم.
۱. رخدادهای اختلال جزر و مدی یا TDE یکی از مثال‌های برافزایش مواد با نرخ بسیار زیاد (مافوق حد ادینگتون) هستند. تقریبا هر ده‌هزار سال یک بار، در هر کهکشان، یک ستاره با نیروهای جزر و مدی قوی ناشی از سیاهچاله‌ی ابرپرجرم مرکزی مختل می‌شود. عموما در این سیستم‌ها، برافزایش مواد با نرخ بسیار بالا آغاز می‌شود و در طی چند ماه به تدریج کاهش می‌یابد. تابش‌های ساطع‌شده از این رخدادها در طیف‌های مختلف قابل رصد است. مشاهدات پرتوایکس برای فهم این رخدادها حائز اهمیت بسیاری هستند چرا که این تابش از درونی‌ترین مناطق سیستم، حاوی جریان‌های نسبیتی ساطع می‌شود. برای فهمیدن جزییات این جریان‌ها، به تلسکوپ‌هایی نیاز داریم که هم بتوانند به سرعت به جهت منبع گذرای گزارش‌شده بچرخند و هم سطح‌مقطع مؤثر زیادی داشته باشند تا بتوانند جزییات تحول طیفی این جریان‌های برافزایشی منحصربه‌فرد را مطالعه کنند. از طرف دیگر، تلسکوپ LSST قرار است در هر سال حدود هزار رخداد TDE پیدا کند. این نرخ در حال حاضر یک یا دو TDE در سال است. مشاهدات پرتوایکس می‌توانند این رخدادها را از فوران‌های دیگر تفکیک کنند.
۲. ادغام سیاهچاله‌های ابرپرجرم به احتمال زیاد، رخدادهای فعالی هستند که تابش گرمایی در محدده‌ی پرتوایکس دارند. پروژه‌ی فضایی امواج گرانشی لیسا (LISA) که اوایل دهه‌ی ۲۰۳۰ شروع به فعالیت خواهد کرد، ادغام سیاهچاله‌های ابرپرجرم را با جرم‌هایی در محدوده‌ی هزار تا ده‌میلیون برابر جرم خورشید (و انتقال‌به‌سرخ متوسط برابر با ۲) آشکار خواهد کرد. این رخدادها با نسل آینده‌ی ماهواره‌های پرتوایکس مانند AXIS، Lynx، Athena، و TAP قابل مشاهده خواهند بود و در فهم توزیع طیفی انرژی منبع به ما کمک خواهند کرد.
۳. بلازارها۷ به عنوان منابع تولیدکننده‌ی نوترینوها: در سال ۲۰۱۷ یک نوترینوی پرانرژی در رصدخانه‌ی آیس‌کیوب آشکار شد که با مشاهدات دنبال‌گر در زمینه‌های مختلف، به حضور یک بلازار فعال پی بردیم (به دو مقاله‌ای که قبلا در اسطرلاب نوشتیم رجوع کنید: ۱ و ۲). بلازارها درواقع سیاهچاله‌های ابرپرجرم فعالی هستند که جت‌هایی از ذرات و نور ساطع می‌کنند که جهت آن‌ها به سمت زمین است و برای همین فوران آن‌ها از روی زمین قابل مشاهده است. مطالعه‌ی این منابع در محدوده‌ی پرتوایکس، مدل‌های توزیع طیفی انرژی را تا حد بسیار خوبی محدود می‌کند و در شناخت ما از واکنش‌های ذرات در منبع نقش بسزایی دارند. تلسکوپ‌های پرتوایکسی که در زمان بسیار کوتاهی می‌توانند به پیغام کشف نوترینوها واکنش نشان دهند و به مشاهده‌ی آن بخش از آسمان بپردازند، از جمله، ماهواره‌ی سوییفت، بسیار مفیدند.
۴. ابرنواخترها: برای اینکه بفهمیم ستاره‌های پرجرم چگونه می‌میرند و اجداد ابرنواخترها با مقدار کم هیدروژن چه هستند، به مشاهدات پرتوایکس نیز نیاز داریم.
۵. ادغام ستاره‌ی نوترونی و پس‌تاب فوران پرتوگامای کوتاه: جریان‌های نسبیتی که پس از ادغام ستاره‌های نوترونی رخ می‌دهند چه منشایی دارند و ماهیت جسم فشرده‌‌ی پس از ادغام چیست؟ ادغام دو ستاره‌ی نوترونی و یا یک ستاره‌ی نوترونی با یک سیاهچاله از پرانرژی‌ترین فرآیندهای شناخته‌شده در عالم‌اند که از منابع مهم تابش امواج گرانشی هستند. این سیستم‌ها هم‌چنین محل اصلی تولید عناصر سنگین در عالم به حساب می‌آیند. مشاهدات پرتوایکس نقش مهمی در شناخت منشا جریان‌های ناشی از ادغام‌ها دارند. از مزایای این مشاهدات، می‌توان به شناخت ساختار و جهت زاویه‌ی جت نسبت به ما، تخمین فاصله‌‌ی سیستم دوتایی، و مطالعه‌ی فیزیک موتور مرکزی سیستم اشاره کرد. دقت زاویه‌ای تلسکوپ‌های پرتوایکس در این مطالعات اهمیت زیادی دارند چرا که این سیستم‌ها با آشکارسازهای امواج گرانشی فعلی، از فواصل حدود ۲۰۰ مگاپارسک قابل آشکارسازیند و برای تفکیک منابع به دقت زاویه‌ای بالایی نیاز است.
شکل ۱. ملزومات یک تلسکوپ پرتوایکس (در محدوده‌ی انرژی ۰.۳ تا ۱۰ کیلوالکترون‌ولت) مربوط به مطالعه‌ی هریک از سؤالات ذکرشده در متن.
شکل ۱ ملزومات یک تلسکوپ پرتوایکس (در محدوده‌ی انرژی ۰.۳ تا ۱۰ کیلوالکترون‌ولت) مربوط به مطالعه‌ی هریک از گزینه‌های ذکرشده‌ی فوق را نشان می‌دهد، از جمله حساسیت تلسکوپ به میزان شار کل انرژی ساطع‌شده، بزرگی زاویه‌ی دید تلسکوپ، و توانایی زمان‌بندی رصدی.
علاوه بر سؤالات بالا، همواره به دنبال کشف منابع جدید و ناشناخته هستیم و مشاهدات پرتوایکس در سال‌های اخیر تعداد زیادی منبع جدید کشف کرده‌اند. تلسکوپ‌های سوییفت، XMM-Newton، و چاندرا در دهه‌ی گذشته نقش اصلی در کشف‌های مذکور داشته‌اند. در دهه‌ی بعدی ماموریت‌های جدید با تکنولوژی‌های مدرن آشکارسازی و آینه‌های پرتوایکس، برنامه‌ریزی شده و امیدواریم که موارد مذکور در این مقاله را بتوانیم با جزییات دقیق‌تری مطالعه کنیم و در انتظار کشف‌های جدید باشیم.
۱) Astronomy and Astrophysics Decadal Survey
۲) Transients
۳) Follow-up
۴) Tidal Disruption Events or TDE
۵) Magnetars
۶) Time domain
۷) Blazars
عنوان اصلی مقاله: X-ray follow-up of extragalactic transients
نویسندگان: E. Kara, R. Margutti, A. Keivani, et al
لینک اصلی مقاله: https://arxiv.org/abs/1903.05287
گردآوری: آزاده کیوانی
