اتفاق عجیبی که هنگام مرگ ستاره‌ها می‌افتد

گذرا نوری آبی سریع (FBOT) از زمانی که در سال ۲۰۱۸ کشف شدند تاکنون، اخترفیزیک دانان رصدی و نظری را کاملاً شگفت زده و متحیر کرده اند. این اجرام مرموز که به قدری داغ هستند که آبی می‌درخشند، و همین امر آن‌ها را به درخشان‌ترین پدیده نوری شناخته شده در کیهان بدل کرده است. اکنون یک تیم اخترفیزیک دانشگاه نورث وسترن، توضیح جسورانه جدیدی را برای منشأ این ناهنجاری‌های عجیب ارائه می‌کند. با استفاده از یک مدل جدید، این دانشمندان بر این باورند که FBOT‌ها می‌توانند از پیله‌های خنک کننده فعالی که جت‌های پرتاب شده توسط ستاره‌های در حال مرگ را احاطه کرده اند، ایجاد شوند. این اولین مدل اخترفیزیکی است که کاملاً با تمام مشاهدات FBOT تا به امروز مطابقت دارد.

 
این دانشمندان می‌گویند هنگامی که یک ستاره عظیم در حال فروپاشی است، می‌تواند با سرعتی نزدیک به سرعت نور، زباله‌ها را به بیرون بریزد. این جریان‌ها یا جت‌ها به لایه‌های در حال فروپاشی ستاره در حال مرگ برخورد می‌کنند و یک «پیله» در اطراف جت تشکیل می‌دهند. مدل جدید نشان می‌دهد که وقتی جت پیله را به سمت بیرون می‌راند - دور از هسته ستاره در حال فروپاشی - سرد می‌شود و گرما را به صورت آن چیزی که ما به صورت FBOT مشاهده می‌کنیم، آزاد می‌کند.

اوره گوتلیب، عضو روچیلد در مرکز اکتشافات و تحقیقات بین رشته‌ای در دپارتمان اخترفیزیک دانشگاه نورث وسترن (CIERA) که سرپرستی این مطالعه را بر عهده داشت، گفت: «یک جت از اعماق یک ستاره شروع می‌شود و سپس راه خود را برای فرار از آن بیرون می‌کشد. هنگامی که جت در میان ستاره حرکت می‌کند، ساختاری گسترده به نام پیله را تشکیل می‌دهد. پیله، جت را پوشش می‌دهد و حتی پس از فرار جت از ستاره به این کار ادامه می‌دهد، این پیله با جت می‌گریزد. وقتی محاسبه کردیم که پیله چقدر انرژی دارد، معلوم شد که به اندازه یک FBOT قدرتمند است.»

مسئله هیدروژن​
FBOT‌ها) تلفظ (F-bot نوعی انفجار کیهانی هستند که در ابتدا در طول موج نوری شناسایی می‌شوند. همانطور که از نام آن‌ها پیداست، گذرا تقریباً به همان سرعتی که ظاهر می‌شوند محو می‌شوند. FBOT‌ها در عرض چند روز به اوج درخشندگی می‌رسند و سپس به سرعت محو می‌شوند که بسیار سریعتر از افزایش و فروپاشی ابرنواختر‌های معمول می‌باشد. پس از کشف FBOT، اخترفیزیکدانان به این فکر کردند که آیا این رویداد‌های مرموز به کلاس گذرا دیگر، یعنی انفجار پرتو گاما مربوط می‌شود. انفجار پرتو گاما یا GRBs قوی‌ترین و درخشان‌ترین انفجار‌ها در تمام طول موج‌ها محسوب می‌شوند و آن‌ها نیز با ستاره‌های در حال مرگ مرتبط هستند. هنگامی که یک ستاره پرجرم سوخت خود را تمام می‌کند و به یک سیاهچاله فرو می‌ریزد، جت‌هایی را برای تولید پرتو‌های گامای قدرتمند پرتاب می‌کند.

گوتلیب گفت: «دلیل اینکه ما فکر می‌کنیم GRB و FBOT ممکن است به هم مرتبط باشند این است که هر دو بسیار سریع هستند - با سرعت نزدیک به نور حرکت می‌کنند - و هر دو شکل نامتقارن دارند و شکل کروی ستاره را می‌شکنند. در این میان، اما یک مشکل وجود داشت. ستارگانی که GRB تولید می‌کنند فاقد هیدروژن هستند. ما هیچ نشانه‌ای از هیدروژن را در GRB نمی‌بینیم، در حالی که در FBOT ها، هیدروژن را در همه جا می‌بینیم. بنابراین، نمی‌تواند همان پدیده باشد.» گوتلیب و همکارانش با استفاده از مدل جدید خود فکر می‌کنند که ممکن است پاسخی برای این مشکل پیدا کرده باشند. ستارگان غنی از هیدروژن تمایل دارند هیدروژن را در بیرونی‌ترین لایه خود قرار دهند، لایه‌ای ضخیم‌تر از آن که یک جت به آن نفوذ کند.گوتلیب گفت: «اساساً، در فرآیند مربوط به FBOT، ستاره آنقدر عظیم است که جت نتواند از آن عبور کند؛ بنابراین جت هرگز از ستاره خارج نمی‌شود و به همین دلیل است که نمی‌تواند GRB تولید کند. با این حال، در این ستارگان، جت در حال مرگ تمام انرژی خود را به پیله منتقل می‌کند، که تنها جزء برای فرار از ستاره است. این پیله FBOT را منتشر می‌کند که شامل هیدروژن می‌شود و مدل ما کاملاً با این مشاهدات FBOT سازگار است.

کنار هم گذاشتن عکس‌ها
اگرچه FBOT‌ها در طول موج‌های نوری می‌درخشند، اما امواج رادیویی و اشعه ایکس را نیز ساطع می‌کنند که مدل گوتلیب این‌ها را نیز توضیح می‌دهد. هنگامی که پیله با گاز متراکم احاطه کننده ستاره برهم کنش می‌کند، این برهمکنش مواد ستاره‌ای را گرم می‌کند تا امواج رادیویی منتشر شود؛ و هنگامی که پیله به اندازه کافی دور از سیاهچاله منبسط می‌شود (که از ستاره فروپاشی شده تشکیل شده است)، اشعه ایکس می‌تواند از سیاهچاله به بیرون نشت کند. پرتو‌های ایکس به نور رادیویی و نوری می‌پیوندند تا تصویر کاملی از رویداد FBOT ایجاد کنند.
در حالی که گوتلیب از یافته‌های تیمش تمجید می‌کند، در عین حال می‌گوید قبل از اینکه بتوانیم منشاء مرموز FBOT را به طور قطعی درک کنیم، به مشاهدات و مدل‌های بیشتری نیاز است. وی افزود: «این یک کلاس جدید از گذرا است، و ما اطلاعات کمی در مورد آن‌ها داریم. قبل از اینکه بتوانیم این انفجار‌ها را به طور کامل درک کنیم، باید تعداد بیشتری از آن‌ها را زودتر در مراحل تکاملشان شناسایی کنیم. در این میان، مدل ما اکنون قادر است بین ابرنواخترها، GRB‌ها و FBOT‌ها تفاوت را مشخص کند، که به نظر من بسیار ظریف است.»

ساشا چکوفسکوی، استادیار فیزیک و نجوم در کالج هنر و علوم واینبرگ دانشگاه نورث‌وسترن و همکار گوتلیب در این مطالعه نیز گفت: ««این مطالعه راه را برای شبیه‌سازی‌های پیشرفته‌تر FBOT هموار می‌کند. این مدل جدید به ما این امکان را می‌دهد که فیزیک سیاهچاله مرکزی را مستقیماً به مشاهدات متصل کنیم و به ما امکان می‌دهد فیزیک پنهان موتور مرکزی FBOT را آشکار کنیم.» این تحقیق در ۱۱ آوریل ۲۰۲۲ در مجله Monthly Notices of the Royal Astronomical Society منتشر شده است.