تلسکوپ پرتو گامای انتگرال ESA نقش مهمی در شناسایی فواره های ماده ای که با یک سوم سرعت نور به فضا پرتاب می شوند ایفا کرد. مواد و انرژی با وقوع انفجارهای عظیم بر روی سطح a ستاره نوترونی. این اولین رصد جهانی ثابت کرد که یک “آزمایش عالی” برای مطالعه جت های اخترفیزیکی با تمام توصیفات است.

جت ها توسط اجرام نجومی مختلف تولید می شوند، اما مطالعه آنها دشوار است. این جریان های ماده دور هستند و دیدن ویژگی ها در آنها چالش برانگیز است. این امر ردیابی مواد در حال حرکت در امتداد آنها را برای درک چگونگی شلیک و شتاب جت بسیار دشوار می کند.

با این حال، یک تیم بین‌المللی از ستاره‌شناسان، از جمله توماس راسل، مؤسسه ملی اخترفیزیک، INAF، پالرمو، ایتالیا، متوجه شدند که برخی از انواع ستاره‌های نوترونی ممکن است راه جدیدی برای بررسی باز باشند.

ستارگان نوترونی اجسام ستاره ای فوق فشرده هستند. هنگامی که به دور ستاره دیگری می چرخد، میدان گرانشی شدید ستاره نوترونی در نهایت می تواند ماده را از ستاره همراه خود دور کند. سپس مقداری از این ماده تجمعی به نحوی در جت هایی که در امتداد محور اسپین ستاره نوترونی دور می شوند به بیرون پرتاب می شود و بقیه مواد به سمت ستاره نوترونی به سمت پایین حرکت می کنند. در آنجا به صورت یک لایه روی سطح تجمع می یابد. همانطور که مواد بیشتر و بیشتری روی ستاره نوترونی ریخته می شود، میدان گرانشی آن را فشرده می کند تا زمانی که یک انفجار هسته ای آغاز شود. این یک رویداد فاجعه آمیز به نام انفجار پرتو ایکس نوع I ایجاد می کند.

این تیم استدلال کردند که این آزاد شدن ناگهانی ماده و انرژی از سطح ستاره نوترونی بر جت تأثیر می گذارد و آنها می توانند این اختلال را هنگام انتشار به بیرون اندازه گیری کنند. اگر چنین باشد، یک روش جدید قدرتمند برای مطالعه این رویدادهای پرتلاطم و پر انرژی ارائه می کند. ما در حال حاضر حدود 125 ستاره نوترونی را می شناسیم که این گونه رفتار می کنند.

توماس می گوید: «این در واقع یک آزمایش کامل را به ما می دهد. ما یک پالس بسیار کوتاه و کوتاه مدت از مواد اضافی داریم که به جت شلیک می‌شود و می‌توانیم هنگام حرکت جت به سمت پایین جت، آن را ردیابی کنیم تا از سرعت آن مطلع شویم.»

https://www.youtube.com/watch?v=0aR1bS2tSZI

شکار

این یک اندازه گیری بسیار مهم است زیرا هنگامی که ستاره های نوترونی برافزایشی به اندازه کافی مورد مطالعه قرار می گیرند، سرعت جت می تواند مکانیسم پرتاب غالب را آشکار کند و نشان دهد که آیا جت توسط میدان های مغناطیسی لنگر در مواد برافزایش یا در خود ستاره نیرو می گیرد. این تیم دو ستاره نوترونی به نام‌های 4U 1728-34 و 4U 1636-536 را شناسایی کردند که رفتار انفجار پرتو ایکس از خود نشان می‌دهند. با این حال، تنها 4U 1728-34 در آن زمان به اندازه کافی در طول موج های رادیویی روشن بود که آزمایش را با جزئیات لازم انجام داد.

سپس یک مشکل عملی وجود داشت. در حالی که انفجارها در اشعه ایکس قابل مشاهده بودند، جت فقط امواج رادیویی ساطع می کرد. بنابراین تیم باید مشاهدات تلسکوپ رادیویی روی زمین را هماهنگ می کرد تا همزمان با رصدهای ماهواره انتگرال که می تواند در اشعه ایکس ببیند، انجام شود. اما پیش‌بینی دقیق زمان وقوع یکی از این انفجارها غیرممکن بود.

این طغیان‌ها هر دو ساعت یکبار اتفاق می‌افتد، اما نمی‌توانید دقیقاً زمان وقوع آن‌ها را پیش‌بینی کنید. بنابراین، شما باید برای مدت طولانی با تلسکوپ به سیستم خیره شوید و امیدوار باشید که چند انفجار را بگیرید.” دانشگاه وارویکبریتانیای کبیر.

مشاهدات رادیویی به مدت سه روز با انجام شد CSIROتلسکوپ آرایه فشرده استرالیا (ATCA) در مجموع حدود 30 ساعت زمان رصد بین 3 تا 5 آوریل 2021 ثبت می کند. انتگرال مشاهده شده از فضا. این تنها ماموریت پرانرژی بود که قادر به حفظ این هوشیاری طولانی بود. مدار بزرگ و کشیده آن به این معنی بود که می توانست ساعت ها به این جرم آسمانی خیره شود. در پایان مشاهدات، انتگرال 14 انفجار پرتو ایکس از 4U 1728-34 را انتخاب کرد، که 10 مورد آن زمانی رخ داد که منبع برای ATCA قابل مشاهده بود.

اما یک شگفتی بزرگ وجود داشت. «بر اساس آنچه قبلاً در داده‌های اشعه ایکس دیده‌ایم، فکر می‌کردیم که انفجار محل شلیک جت را از بین می‌برد. ناتالی دگنار، عضو تیم، از دانشگاه آمستردام، هلند، می‌گوید: اما ما دقیقاً عکس آن را دیدیم: سهمی قوی در جت به جای ایجاد اختلال.

ظاهراً مکانیسم جت قوی‌تر از آن چیزی بود که تصور می‌شد. توانایی ردیابی ماده اضافی تزریق شده در جت در طول موج های رادیویی به تیم اجازه داد تا محاسبه کنند که این ماده با سرعت باورنکردنی 35 تا 40 درصد از سرعت نور به بیرون شلیک می شود.

اریک کولکرز، دانشمند پروژه ESA، می گوید: «هرگز قبلاً نمی توانستیم پیش بینی کنیم و مستقیماً مشاهده کنیم که چگونه مقدار معینی از گاز به یک جت هدایت می شود و به فضا شتاب می گیرد.

روشی جدید برای مطالعه جت ها

با اثبات امکان‌پذیر بودن این روش، این روش به اخترشناسان اجازه می‌دهد تا ستارگان نوترونی بیشتری را با انفجار پرتو ایکس مطالعه کنند. این به آن‌ها کمک می‌کند تا پرتاب جت‌ها را با ویژگی‌های خاص ستارگان نوترونی، مانند سرعت چرخش و مقدار گازی که روی سطح آن‌ها می‌افتد، درک کنند و ارتباط دهند. برای کسانی که چنین پدیده‌هایی را مطالعه می‌کنند، اینها سؤالات فوری هستند. پاسخ آنها بر مطالعات فراتر از ستارگان نوترونی تأثیر می گذارد، زیرا این جت ها توسط بسیاری از اجرام نجومی ایجاد می شوند.

از ستارگان تازه شکل گرفته تا سیاهچاله های بسیار پرجرم در مراکز کهکشان ها، جت ها نیز می توانند توسط رویدادهای فاجعه آمیز مانند انفجارهای ابرنواختر و انفجارهای پرتو گاما تولید شوند. آنها نقش مهمی در سراسر جهان دارند، از انتقال عناصر عجیب و غریب سنتز شده در انفجارهای کیهانی به فضای بین ستاره ای گرفته تا گرم کردن ابرهای گازی اطراف که نحوه و مکان شکل گیری ستارگان جدید را تغییر می دهند.

از آنجایی که تصور می‌شود تمام جت‌های اخترفیزیکی به روش‌های مشابهی پرتاب می‌شوند، یعنی برهمکنش ماده با میدان‌های مغناطیسی در اجرام آسمانی در حال چرخش، نتایج جدید کاربرد گسترده‌ای در بسیاری از مطالعات فضا خواهد داشت. اریک می‌گوید: «این نتیجه دریچه‌ای کاملاً جدید برای درک اینکه چگونه جت‌های اخترفیزیکی در ستارگان نوترونی و همچنین در دیگر اجرام نجومی تولیدکننده جت نیرو می‌گیرند، باز می‌کند.

مرجع: “انفجارهای گرما هسته ای ستارگان نوترونی سرعت جت های آنها را آشکار می کند” نوشته توماس دی راسل، ناتالی دگنار، یاکوب ون دن ایندن، توماس مک کارون، الکساندرا جی. تتارنکو، سلیا سانچز-فرناندز، جیمز سی سی میلر-جونز، اریک کولکرز و ملانیا دل سانتو، 27 مارس 2024، طبیعت.
DOI: 10.1038/s41586-024-07133-5