تصویر ۱: تصویری از کهکشان M82 پیش و پس از ظهور ابرنواختر.
Credit: Ernesto Guido / Nick Howes / Martino Nicolini
حتما خبر اَبَرنواَختر پرنور کهکشان M82 در صورت فلکی دُب اکبر به گوش شما هم رسید، حتی ممکن است از آن دسته منجمان آماتور کنجکاوی بودید که در همان شبهای اوج درخشش ابرنواختر به خارج از شهر رفتید و آن را رصد کردید. رصد چنین ابرنواختری در این فاصله نزدیک از کهکشان ما، فرصت نادر و بسیار هیجان انگیزی بود. اما جدای رصد و دیدن این ابرنواختر، منجمان حرفه ای چه پژوهشهایی با این ابرنواختر انجام می دهند؟
در این مقاله یکی از نخستین کارهای پژوهشی را که درباره این ابرنواختر انجام شد با هم مرور می کنیم.
ابرنواختر ۲۰۱۴J یک ابرنواختر نوع Ia است. این گونه ابرنواخترها پایان زندگی یک ستاره بسیار پرجرم (اصطلاحا ابرنواختر رُمبش هسته ای) نیستند، بلکه آنها از کوتوله های سفیدی که در منظومه های دوتایی قرار دارند به وجود می آیند. کوتوله سفید جرم همدم را می بلعد تا زمانی که از حد چاندراسکار جرم (۱/۴ برابر جرم خورشید) بگذرد و انفجار ابرنواختری رخ دهد. به طور میانگین این ابرنواخترها پرنورترین ابرنواخترهای کیهان هستند و چون منحنی نوری تقریبا یکسانی دارند به عنوان «شمعهای استاندارد» برای اندازه گیری فواصل دور کیهانی از آنها استفاده می شود.
البته داستان به این سادگی هم نیست! ما هنوز نادانسته های بسیاری درباره ویژگیهای اجداد این ابرنواخترها و نحوه انفجارآنها داریم و رصد این گونه از ابرنواخترها درست پس از انفجارشان اطلاعات ارزشمندی را در اختیارمان قرار می دهد. خوشبختانه با کمک تلسکوپهای جدید و روشهای نوینی که به رصد ابرنواخترها اختصاص داده شده، رصد چنین اجرامی در زمانی بسیار نزدیک به انفجار ممکن شده است.
تصویر ۲: تصاویر گرفته شده از ابرنواختر ۲۰۱۴J در کهکشان M82. ردیف اول: تصاویر گرفته شده با تلسکوپ تصویربرداری اتوماتیک کاتزمَن در رصدخانه لیک.
ردیف دوم: تصاویر تلسکوپ کاتزمن از ابرنواختر پس از برداشتن تصویر کهکشان میزبان از تصویر اصلی. این تصاویر روزهای ۱۴، ۱۶ و ۲۲م ژانویه را نشان می دهند.
ردیف سوم و چهارم: مانند دو ردیف اول اما با تلسکوپ ایتاگاکی در روزهای ۱۴، ۱۵ و ۲۰م ژانویه.
دقت کنید که در تصاویر هر دو تلسکوپ در روز ۱۴م ابرنواختر دیده نشده است.
پیش از ابرنواختر ۲۰۱۴J، نزدیکترین ابرنواختر کشف شده ۱۹۷۲E در کهکشان NGC 5253 (با فاصله میانگین ۳/۸ پارسک از ما) بود. ابرنواختر ۲۰۱۱fe در M101 یکی دیگر از ابرنواخترهای تازه کشف شده در نزدیکی ما بود (فاصله ۰/۷ ± ۶/۴ پارسک). اما ۲۰۱۴J به نظر می رسد که از هر دوی اینها نزدیکتر باشد (۰/۳ ± ۳/۵ پارسک). ۲۰۱۴J به طور اتفاقی در شب ۲۱م ژانویه زمانی که اِستفان فاسی به همراه دانشجویان کارشناسی اش در حال رصد آموزشی در رصدخانه دانشگاه لندن بودند، کشف شد (داستان جالب کشف را اینجا می توانید بخوانید). نکته جالب این است که رصدخانه های اتوماتیکی که هدفشان کشف چنین ابرنواخترهایی است متوجه ظهور این ابرنواختر نشده بودند.
تلسکوپ تصویربرداری اتوماتیک ۰/۷۶ متری کاتزمَن، به عنوان بخشی از پروژه جستجوی ابرنواخترها مربوط به رصدخانه لیک، این ابرنواختر را رصد کرده بود اما به طور اتوماتیک متوجه ظهورش نشده بود. در تصاویر این تلسکوپ که به طور متوسط هر دو روز یکبار از کهکشان M82 گرفته شده است، ابرنواختر به وضوح در روز ۱۶م ژانویه دیده می شود اما در روز ۱۴م اثری از آن نیست. تلسکوپ ۰/۵ متری ایتاگاکی در ژاپن نیز تصاویر متعددی از این ابرنواختر پیش از کشفش، در فواصل تقریبا یک روزه، گرفته است. ابرنواختر در تصویر روز ۱۵م ژانویه به وضوح مشخص است اما در روز ۱۴م ثبت نشده است.
نمونه هایی از عکسهای این دو تلسکوپ را در تصویر شماره ۱ می بینید. منجمان برای حذف کردن اثر کهکشان میزبان از تصاویر قبلی M82 استفاده کرده اند و آن را از روی تصاویر جدید برداشته اند تا فقط ابرنواختر دیده شود.
برای بررسی چگونگی تغییر نور این ابرنواختر، منجمان قدر آن را بر حسب زمان در یک نمودار می کشند که به آن منحنی نوری گفته می شود و سعی می کنند نمودار ریاضی این تغییر نور را به دست می آورند. اگر خیلی ساده به انفجار یک ستاره فکر کنیم به نظر منطقی می رسد که درخشندگی آن بلافاصله پس از انفجار با زمان به توان دو تغییر کند (t2∝ L). گلوله ای را تصور کنید که منفجر می شود، درخشندگی سطح آن متناسب است با سطحش، سطح هم متناسب است با شعاع به توان دو، پس درخشندگی آن با زمان به توان دو باید زیاد شود. این مدل مجذور زمانی نامیده می شود و برای بسیاری از ابرنواخترها منحنی مناسبی بوده است (مثلا برای ۲۰۱۱fe). اما زمانی که نویسندگان این مقاله چنین منحنی ای را به داده های ابرنواختر ۲۰۱۴J تطبیق دادند، متوجه شدند که توان دو مناسب نیست و در واقع منحنی تندتری برای این داده ها لازم است (با توان بالاتر از دو). همان طور که در تصویر شماره ۲ می بینید، منحنی مناسب برای داده های رصدشده این ابرنواختر با زمان به توان ۲/۹۴ متناسب است.
تصویر ۳: منحنی نوری ابرنواختر ۲۰۱۴J.
محور افقی زمان را نشان می دهد. عدد صفر زمان نخستین ثبت ابرنواختر در روز ۱۵م ژانویه است. محور عمودی قدر (محور سمت چپ) و شار نسبی (محور سمت راست) ابرنواختر را نشان می دهد. علامتهای صورتی داده های تلسکوپ کاتزمَن و علامتهای آبی داده های تلسکوپ ایتاگاکی هستند.
خط چین مشکی بهترین منحنی با معادله توانی است (زمان به توان ۲/۹۴).
با کمک آخرین تصاویر پیش از دیده شدن ابرنواختر، منجمان حد بالایی برای قدر ابرنواختر تخمین می زنند. به این معنا که قدر ابرنواختر قطعا از آن مقدار کمتر است چرا که اگر بیشتر بود با ابزار مورد استفاده دیده می شد. این حدها با مثلث در نمودار نشان داده شده اند. دو خط چین قرمز بهترین منحنی را با در نظر گرفتن دو مثلث (آخرین زمانهای دیده نشدن ابرنواختر) نشان می دهند که از دو روش متفاوت محاسبه شده است. خط چینهای قرمز منحنی های توانی متغیر هستند که توان آنها با رنگ قرمز نوشته شده است.
اما داستان اینجا ختم نمی شود. در نجوم اینکه شما از جرمی عکس بگیرید اما در عکس ثبت نشود خودش اطلاعات به درد بخوری محسوب می شود. ابرنواختر ۲۰۱۴J در روز۱۴م ژانویه در هیچ یک از دو تلسکوپ ثبت نشده است و منجمان نیز از همین اطلاعات استفاده کرده اند. به منحنی نوری ابرنواختر در تصویر ۲ نگاه کنید. دو رصدی که در آن ابرنواختر دیده نشده با مثلث نشان داده شده اند. این داده ها نشان می دهند که ابرنواختر با سرعت بسیار بیشتری از مدل توانی قبلی (که با خط چین نشان داده شده است) نورش افزایش یافته است. اینکه در زمانی بسیار کوتاه (یک روز) روشنایی ابرنواختر ۴ قدر افزایش یافته است به ما نشان می دهد که برای این قسمت از داده ها باید منحنی دیگری پیدا کنیم. به این ترتیب بهترین منحنی ای که داده ها را توضیح دهد باید یک منحنی توانی متغیر (با دو توان متفاوت) باشد. در نتیجه مدل مجذور توانی برای توضیح تغییرات نوری همه ابرنواخترهای نوع Ia مدل مناسبی نیست.
احتمالا علت اینکه پیش از این مدل گلوله انفجاری مدل مناسبی برای منحنی نوری این نوع ابرنواخترها محسوب می شده نبودِ اطلاعات از زمان خیلی نزدیک به انفجار بوده است. معمولا ابرنواخترها بسیار پس از انفجار رصد می شده اند و در واقع هیچ داده ای در بازه های زمانی نزدیک به انفجار در دسترس نبوده است. رصد ابرنواختر ۲۰۱۴J و همچنین ابرنواختر ۲۰۱۳dy در فاصله زمانی بسیار کوتاهی از انفجار نشان داده است که منحنی نوری این اجرام پیچیده تر از چیزی است که می پنداشتیم.
علت فیزیکی تغییر توان منحنی نوری این ابرنواخترها در فاصله کوتاهی از نخستین تابش، ممکن است تغییرات ناگهانی دمایی یا تغییر سرعت انبساط لایه های فوتوسفری ستاره باشد، یا ممکن است ناشی از عوض شدن انرژی ورودی به علت توزیع متفاوت عنصر Ni56 در لایه های خارجی باشد.
نویسندگان این مقاله از دو روش گوناگون مناسبترین منحنی را برای این داده ها محاسبه کرده اند. بنا بر این محاسبات زمان نخستین تابش ابرنواختر بین ۰/۶۶ تا ۱/۰۳ روز پیش از نخستین رصد ابرنواختر تخمین زده می شود.
وبلاگ نو مبارک،
از نجوم چیزی سر در نمیارم. شاید این فرصتی باشه تا حداقل‌ها را یاد بگیرم.
مرسی، موفق باشید
خیلی ممنون.
باعث افتخارمان خواهد بود که از این طریق شما را با نجوم آشنا کنیم.
سلام بسیار به دنبال یادگیری نجوم هستم ولی مباحث ثقیل هستن لطفا کمک کنید باتشکر
سلام،
مخاطبان این وبسایت بیشتر کسانی هستند که با مقدمات نجوم آشنایی دارند و می‌خواهند با دنیای حرفه‌ای نجوم و تحقیقات دانشگاهی آشنا بشوند. برای یادگیری نجوم بهتر است از کتاب‌های مقدماتی نجوم و یا سایت‌های خبری مثل سایت مجله نجوم و ناسا استفاده کنید.