انفجار خارق‌العاده‌ای از نور پرانرژی در آسمان، اخترشناسان را به سمت یک جفت ستاره نوترونی جعل فلز در فاصله 900 میلیون سال نوری از زمین سوق داده است.
که در مطالعه ای که امروز ظاهر می شود که در طبیعتیک تیم بین المللی از ستاره شناسان، از جمله دانشمندان MIT، کشف یک انفجار پرتو گاما بسیار درخشان (GRB) را گزارش کردند که قوی ترین نوع انفجار شناخته شده در جهان است. این GRB خاص دومین درخشان‌ترین ستاره‌ای است که تاکنون کشف شده است، و ستاره‌شناسان متعاقباً منشأ انفجار را در دو ستاره نوترونی در حال ادغام ردیابی کردند. ستارگان نوترونی هسته های فروپاشیده و فوق متراکم ستارگان پرجرم هستند و گمان می رود جایی که بسیاری از فلزات سنگین در کیهان ساخته می شوند.
این تیم دریافت که وقتی ستارگان به دور یکدیگر می چرخند و در نهایت ادغام می شوند، مقدار زیادی انرژی به شکل GRB آزاد می کنند. و برای اولین بار، اخترشناسان به طور مستقیم نشانه هایی از فلزات سنگین را در پیامدهای ستاره ای شناسایی کردند. به طور خاص، آنها سیگنال واضحی را برای تلوریم دریافت کردند، عنصری سنگین و کمی سمی که از پلاتین روی زمین کمیاب‌تر است، اما گمان می‌رود در کیهان فراوان باشد.
اخترشناسان تخمین می زنند که از ادغام به اندازه کافی تلوریم آزاد شد تا جرم 300 زمین را برابر کند. و اگر تلوریم وجود داشت، همجوشی باید عناصر نزدیک به هم دیگر مانند ید را که یک ماده مغذی معدنی ضروری برای بیشتر حیات روی زمین است، تکامل داده باشد.
این کشف با تلاش جمعی ستاره شناسان از سراسر جهان با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا (JWST)، و همچنین سایر تلسکوپ های زمینی و فضایی، از جمله ماهواره TESS ناسا (ماموریت تحت رهبری MIT) و تلسکوپ بسیار بزرگ (VLT) در شیلی که دانشمندان MIT از آن برای کمک به کشف استفاده کردند.
“بنجامین اشنایدر، یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: این کشف گام بزرگی به جلو در درک ما از مکان‌های تشکیل عناصر سنگین در کیهان است و قدرت ترکیب مشاهدات در طول موج‌های مختلف برای آشکار کردن بینش‌های جدید در مورد این انفجارهای بسیار پرانرژی را نشان می‌دهد. در موسسه کاولی برای اخترفیزیک و مطالعات فضایی MIT.
اشنایدر یکی از محققان بسیاری از مؤسسات متعدد در سراسر جهان است که به رهبری اندرو لوان از دانشگاه رادبود در هلند و دانشگاه وارویک در بریتانیا به این مطالعه کمک کرده است.
“یکباره”
انفجار اولیه در 7 مارس 2023 توسط تلسکوپ پرتو گامای فضایی فرمی ناسا شناسایی شد و به عنوان یک انفجار پرتو گامای بسیار درخشان شناسایی شد که ستاره شناسان آن را GRB 230307A نامیدند.
مایکل فاوسنائو که در آن زمان محقق MIT بود و اکنون استادیار دانشگاه فناوری تگزاس است، می‌گوید: «غالغ‌پرداختن چقدر درخشان است. «در نجوم پرتو گاما، شما معمولا فوتون‌ها را می‌شمارید. اما آنقدر فوتون وارد شد که آشکارساز نتوانست تک تک آنها را تشخیص دهد. مثل اینکه شماره گیر حداکثر شده است.
انفجار فوق‌نور نیز فوق‌العاده طولانی بود و 200 ثانیه طول کشید، در حالی که ادغام ستاره‌های نوترونی معمولاً منجر به GRBهای کوتاهی می‌شود که کمتر از دو ثانیه چشمک می‌زنند. این انفجار درخشان و طولانی مدت توجه فوری را در سراسر جهان به خود جلب کرد، زیرا ستاره شناسان تلسکوپ های متعدد دیگری را در این فوران نشانه گرفتند. این بار، روشنایی انفجار به نفع دانشمندان بود، زیرا انفجار پرتو گاما توسط ماهواره‌ها در سراسر منظومه شمسی شناسایی شد. با مثلث‌بندی این مشاهدات، ستاره‌شناسان می‌توانند مکان انفجار را در آسمان جنوبی، در صورت فلکی منسا، به صفر برسانند.
در MIT، اشنایدر و فاوسنائو به جستجوی چند وجهی پیوستند. مدت کوتاهی پس از تشخیص اولیه فرمی، فائوسنا بررسی کرد که آیا انفجار در داده های گرفته شده توسط ماهواره TESS که اتفاقاً به همان بخشی از آسمان اشاره می کند که GRB 230307A در ابتدا در آن شناسایی شده بود، نشان داده می شود یا خیر. فاسنا از طریق این بخش از داده های TESS برگشت و یک طغیان را مشاهده کرد، سپس فعالیت آن را از ابتدا تا انتها ردیابی کرد.
فاوسنو می گوید: «ما می توانستیم همه چیز را به یکباره ببینیم. ما یک فلاش واقعاً درخشان را دیدیم که با کمی برآمدگی یا درخشش پس از آن همراه بود. این یک منحنی نور بسیار منحصر به فرد بود. بدون TESS، مشاهده فلاش نوری اولیه که همزمان با پرتوهای گاما رخ می دهد تقریبا غیرممکن است.”
در همین حال، اشنایدر در حال مطالعه این انفجار با یک میدان زمینی دیگر است: تلسکوپ بسیار بزرگ (VLT) در شیلی. اشنایدر به عنوان عضوی از یک برنامه رصدی بزرگ GRB که روی این تلسکوپ کار می کرد، بلافاصله پس از رصد اولیه فرمی، خود را در حال تغییر یافت و تلسکوپ را روی فوران متمرکز کرد.
مشاهدات VLT داده های TESS را تکرار کرد و یک الگوی به همان اندازه کنجکاو را نشان داد: به نظر می رسد انتشار GRB به سرعت از طول موج های آبی به قرمز تغییر می کند. این الگوی یک کیلونووا، یک انفجار عظیم است که معمولاً هنگام برخورد دو ستاره نوترونی رخ می دهد. تجزیه و تحلیل های گروه MIT، همراه با مشاهدات دیگر در سراسر جهان، به تعیین این که GRB احتمالاً محصول دو ستاره نوترونی است، کمک کرد.
اعتصاب ستاره
فیوژن خود از کجا می آید؟ برای انجام این کار، ستاره شناسان به نمای میدان عمیق JWST روی آوردند، که می تواند دورتر از هر تلسکوپ دیگری را به فضا ببیند. اخترشناسان از JWST برای رصد GRB 230307A استفاده کردند، به این امید که کهکشان میزبان را که ستارگان نوترونی از آنجا منشا گرفته اند، انتخاب کنند. تصاویر تلسکوپ نشان می دهد که به طور عجیبی، به نظر نمی رسد که GRB توسط هیچ کهکشانی میزبان لنگر انداخته باشد. اما به نظر می رسید کهکشانی در نزدیکی ما وجود داشته باشد که حدود 120000 سال نوری از ما فاصله دارد.
مشاهدات این تلسکوپ نشان می دهد که ستاره های نوترونی از یک کهکشان نزدیک به بیرون پرتاب شده اند. آنها احتمالاً به صورت یک جفت ستاره پرجرم در یک سیستم دوتایی شکل گرفته اند. هر دو ستاره در نهایت در رویدادهای قدرتمندی به ستاره‌های نوترونی فرو ریختند که عملاً این جفت را از کهکشان اصلی خود “لگد” کرد و باعث شد آنها به مکان جدیدی فرار کنند، جایی که به آرامی به یکدیگر می‌چرخند و چند صد میلیون سال بعد ادغام می‌شوند.
در پس زمینه انتشار انرژی از ادغام، JWST همچنین سیگنال تلوریوم واضحی را شناسایی کرد. در حالی که بیشتر ستارگان می‌توانند عناصر سبک‌تری را تا آهن تشکیل دهند، تصور می‌شود که سایر عناصر سنگین‌تر در کیهان در محیط‌های شدیدتر، مانند ادغام ستاره‌های نوترونی، ساخته شده‌اند. تشخیص تلوریم توسط JWST بیشتر تایید کرد که انفجار اولیه پرتو گاما از ادغام ستاره نوترونی ایجاد شده است.
اشنایدر می‌گوید: «برای JWST، این تازه شروع کار است و در حال حاضر تفاوت بزرگی ایجاد کرده است. ادغام ستاره های نوترونی بیشتری در سال های آینده کشف خواهد شد. ترکیب JWST با رصدخانه های قدرتمند دیگر در روشن کردن ماهیت این انفجارهای شدید بسیار مهم خواهد بود.
