ابرنواختر چیست؟ و چگونه به وجود می آید؟

ستاره‌ای درخشان در گوشه‌ای از آسمان شب ناگهان ظاهر می‌شود تا چند ساعت پیش آنجا نبود اما حالا مانند چراغی می‌سوزد. آن ستاره درخشان یک ستاره نیست،  حداقل دیگر نیست. آن نقطه درخشان نور، انفجار یک ستاره است که به پایان عمر خود رسیده است، به عبارتی دیگر یک ابرنواختر است. اگر شما هم به کیهان‌شناسی علاقمند هستید باید اجرام آسمانی را بیشتر و بهتر بشناسید پس برای آشنایی با ابرنواختر‌ها با ما همراه باشید.

ابرنواخترها می‌توانند تمام کهکشان را تحت‌الشعاع قرار دهند و انرژی بیشتری را از آنچه خورشید ما در تمام طول عمر خود ساتع می‌کند، ساتع کنند. آنها همچنین منبع اصلی عناصر سنگین در جهان هستند. به گفته ناسا، ابرنواخترها “بزرگ‌ترین انفجاری است که در فضا اتفاق می‌افتد”.

تاریخچه مشاهدات ابرنواختر

 تمدن‌های مختلفی قبل از اختراع تلسکوپ ابرنواخترها را ثبت کردند. قدیمی‌ترین ابرنواختر ثبت‌شده RCW 86 است که ستاره شناسان چینی در  ۱۸۵ سال بعد از میلاد مشاهده کردند. طبق گفته ناسا این تصاویر ثبت‌شده نشان می‌دهد که این ستاره مهمان ۸ ماه در آسمان بوده است.

طبق نوشته دایره المعارف Britannica، قبل از اوایل قرن ۱۷ (هنگامی‌که تلسکوپ‌ها در دسترس قرار گرفتند)، فقط هفت ابرنواختر ثبت شده وجود داشت.

امروزه ما مشهورترین ابرنواختری که می‌شناسیم سحابی خرچنگ (Crab Nebula) است. اخترشناسان چینی و کره‌ای این انفجار ستاره را در سال ۱۰۵۴ ثبت کردند، و ممکن است آمریکایی‌های بومی جنوب غربی نیز این انفجار را دیده باشند (طبق نقاشی‌های سنگی که در آریزونا و نیومکزیکو مشاهده‌شده است). ابرنواختری که سحابی خرچنگ را تشکیل می‌داد به اندازه‌ای روشن بود که اخترشناسان می‌توانستند در طول روز آن را ببینند.

ابرنواخترهای قبل از اختراع تلسکوپ

ابرنواخترهای دیگری که قبل از اختراع تلسکوپ مشاهده شده‌اند در سال‌های ۳۹۳، ۱۰۰۶، ۱۱۸۱، ۱۵۷۲ (توسط اخترشناس مشهور Tycho Brahe موردبررسی قرار گرفت) و ۱۶۰۴ رخ داده‌اند. Brahe مشاهدات خود در مورد “ستاره جدید” را در کتاب خود ” De nova stella” نوشت. “که باعث به وجود آمدن نام” nova” شد. با این حال، یک نوا با ابرنواختر متفاوت است. بر اساس دایره المعارف Britannica ، هر دو مانند گازهای داغی که به بیرون پرتاب می‌شوند، انفجار نور هستند، اما برای ابرنواخترها، این انفجار فاجعه‌آمیز است و نشان دهنده پایان عمر این ستاره است.

کلمه “ابرنواختر” تا دهه ۱۹۳۰ مورداستفاده قرار نمی‌گرفت. اولین استفاده آن توسط Walter Baade  و Fritz Zwicky  در رصدخانه کوه ویلسون بود که این کلمه را در رابطه با یک واقعه انفجاری که Andromedae (SN 1885A ) نامیدند، برمی‌گردد. این ابرنواختر در کهکشان آندرومدا واقع شده بود. آنها همچنین ابراز داشتند ابرنواخترها هنگامی اتفاق می‌افتند که ستارگان عادی در ستارگان نوترونی فرو می‌روند.

در دوره مدرن، یکی از ابرنواخترهای مشهور در سال ۱۹۸۷، SN 1987A  بود که هنوز توسط ستاره شناسان موردمطالعه قرار می‌گیرد زیرا آنها می‌توانند ببینند که چگونه یک ابرنواختر در چند دهه اول پس از انفجار تکامل می‌یابد.

مرگ ستاره

به طور میانگین ، یک ابرنواختر تقریباً در هر ۵۰ سال یک بار در یک کهکشان به‌اندازه کهکشان راه شیری رخ می‌دهد. به عبارت دیگر، یک ستاره هر ثانیه یا جایی در هر نقطه جهان منفجر می‌شود ، و بعضی از آنها خیلی دور از زمین نیستند. حدود ۱۰ میلیون سال پیش، یک خوشه ابرنواختر ” Local Bubble ” را ایجاد کردند، یک حباب گازی بادام‌زمینی شکل به قدمت ۳۰۰ سال نوری در محیط بین ستاره‌ای که منظومه شمسی را احاطه کرده است.

دقیقاً نحوه مرگ یک ستاره تا حدودی به جرم آن بستگی دارد. به‌عنوان مثال خورشید ما جرم کافی برای منفجرشدن به عنوان ابرنواختر ندارد (گرچه هنوز خبرها برای کره زمین خوب نیست، زیرا هنگامی‌که سوخت خورشید تمام شود، شاید در دو میلیارد سال دیگر، قبل از اینکه به‌تدریج به عنوان یک کوتوله سفید خنک شود، به یک غول سرخ تبدیل خواهد شد و جهان ما را تبخیر می‌کند. اما با وجود مقدار مناسب جرم، یک ستاره می‌تواند در اثر انفجاری آتشین بسوزد.

یک ستاره می‌تواند از دو راه به ابرنواختر تبدیل شود:

ابرنواختر نوع یک : ستاره ماده را از اطراف نزدیک خود جمع می‌کند تا اینکه یک واکنش هسته‌ای فرار مشتعل شود.

ابرنواختر نوع دوم: سوخت هسته‌ای ستاره تمام می‌شود و تحت جاذبه خود فرو می‌ریزد.

ابرنواختر نوع دوم

بیایید نگاهی به نوع جذاب‌تر یعنی نوع دوم بی اندازیم. برای منفجر شدن یک ستاره به عنوان ابرنواختر نوع II ، باید چندین برابر از خورشید عظیم‌تر باشد (تخمین‌ها بین هشت تا ۱۵ توده خورشیدی است). این ستاره مانند خورشید، درنهایت از هیدروژن و سپس سوخت هلیوم در هسته خود خارج می‌شود. با این حال، جرم کافی و فشار کافی برای گداختن کربن وجود دارد. در اینجا اتفاقی که قرار است رخ دهد شرح داده شده است:

به‌تدریج عناصر سنگین‌تری در مرکز ایجاد می‌شوند، مانند پیاز لایه‌لایه می‌شوند و عناصر به سمت بیرون ستاره سبک‌تر می‌شوند.

هنگامی‌که هسته ستاره بر یک توده خاص (حد Chandrasekhar ) پیشی می‌گیرد، ستاره شروع به فروپاشی می‌کند (به همین دلیل، این ابرنواخترها نیز به عنوان ابرنواخترهای هسته فروریخته شناخته می‌شوند). هسته گرم می‌شود و متراکم‌تر می‌شود.

سرانجام انفجار از هسته برمی‌گردد  و مواد ستاره‌ای را به فضا بیرون می‌ریزد  و ابرنواختر را تشکیل می‌دهد. آنچه باقی مانده است یک جسم فوق‌العاده متراکم به نام ستاره نوترونی است، یک جسم به اندازه شهری است که می‌تواند جرم خورشید را در یک فضای کوچک بچپاند.

زیر مجموعه‌هایی برای ابرنواخترهای نوع II وجود دارد که بر اساس منحنی‌های نور طبقه‌بندی می‌شوند. نور ابرنواخترهای نوع II-L پس از انفجار به طور پیوسته کاهش می‌یابد، در حالی که نور ابرنواختر نوع II-P قیل از کاهش یافتن برای مدتی ثابت می‌ماند. هر دو نوع دارای هیدروژن در طیف‌های خود هستند. ستاره شناسان بر این باورند که ستارگان بسیار عظیم‌تر از خورشید (حدود ۲۰ تا ۳۰ جرم خورشید) به عنوان ابرنواختر منفجر نمی‌شوند. در عوض آنها متلاشی می‌شوند  تا سیاه‌چاله‌ها را تشکیل دهند.

ابرنواختر نوع یک

ابرنواخترهای نوع I  فاقد هیدروژن در طیف‌های نوری خود هستند. معمولاً این‌طور تصور می‌شود که ابرنواخترهای نوع Ia از یک ستاره کوتوله سفید در یک سیستم باینری نزدیک سرچشمه می‌گیرند. هنگامی که گاز ستاره همراه بر روی کوتوله سفید جمع می‌شود، کوتوله سفید به تدریج فشرده می‌شود و سرانجام واکنش هسته‌ای فراری را در درون خود ایجاد می‌کند  که در نهایت منجر به انفجار عظیم ابرنواختر می‌شود. ستاره شناسان از ابرنواخترهای نوع Ia به عنوان “شمع‌های استاندارد” برای اندازه گیری مسافت کیهانی استفاده می‌کنند، زیرا تصور می‌شود همه آنها دارای  درخشش برابر در قله‌های خود هستند.

ابرنواخترهای نوع Ib و Ic نیز دقیقاً همانند ابرنواخترهای نوع II ، دچار فروپاشی هسته می‌شوند، اما اکثر پوشش هیدروژن بیرونی خود را از دست داده‌اند. در سال ۲۰۱۴، دانشمندان ستاره همراه کم نور و سخت ردیابی شده را به عنوان ابرنواختر نوع Ib یافتند. این جستجو دو دهه به طول انجامید، زیرا ستاره همراه بسیار ضعیف‌تر از ابرنواختر روشن می‌درخشید.

مشاهده کردن کار ابرنواخترها

مطالعات اخیر نشان داده است که ابرنواخترها مانند بلندگوهای غول‌پیکر می‌لرزند  و قبل از منفجرشدن،  صدایی که قابل شنیده است را از خود ساتع می‌کنند.

در سال ۲۰۰۸، دانشمندان برای اولین بار یک ابرنواختر را در حال انفجار مشاهده کردند. ستاره‌شناس Alicia Soderberg  درحالی‌که به صفحه رایانه خود نگاه می‌کرد، انتظار داشت که لک کوچک درخشان یک ابرنواختر یک ماهه را مشاهده کند. اما آنچه که او و همکارش در عوض دیدند، انفجار عجیب‌وغریب، بسیار روشن، پنج دقیقه‌ای اشعه‌های ایکس بود.

با این مشاهده، آنها نخستین ستاره‌شناسانی شدند که یک ستاره را در عمل انفجار، مشاهده می‌کردند. ابرنواختر جدید SN 2008D لقب گرفت. تحقیقات بیشتر نشان داده است که ابرنواخترها برخی از خواص غیرمعمول را دارند.

Paolo Mazzali ، اخترفیزیک ایتالیایی شاغل در رصدخانه Padova Observatory و شرکت Max-Planck در مصاحبه‌ای با ما  در سال ۲۰۰۸ گفت: مشاهدات و مدل‌سازی‌های ما نشان می‌دهد که این یک رویداد تقریباً غیرمعمول است، به‌منظور بهتر درک شدن از نظر داشتن ماهیت باید بین ابرنواخترهای عادی و انفجارهای اشعه گاما قرار بگیرد”.