دانشمندان نوعی جدید و بی‌سابقه از انفجار گرما‌هسته‌ای را کشف کردند

ستاره‌شناس‌ها در بررسی ستاره‌ای مرده در لبه‌ی راه شیری، به شواهدی از انفجاری گرماهسته‌ای دست یافتند که تاکنون دیده نشده بود و احتمالاً هرگز تکرار نخواهد شد. این انفجار عظیم که «فراانفجار» نامیده می‌شود در اعماق ستاره‌ای نوترونی پس از صدها یا شاید هزاران سال افزایش فشار و گرما رخ داده است.

ستاره‌ی نوترونی به هسته‌ی فراچگال و فشرده‌ی ستاره‌ای مرده گفته می‌شود. به گفته‌ی جرون هومان، دانشمند Eureka Scientific در اوکلند کالیفرنیا، وقتی جرقه‌های این انفجار در سال ۲۰۱۱ زده شد، تنها در سه دقیقه انرژی‌ای را آزاد کرد که هم ارز با انرژی خورشید در طول ۸۰۰ سال است. هومان می‌گوید:

برای هر نوع انفجار گرماهسته‌ای نیاز به دما و فشار بسیار بالایی است. برای وقوع فراانفجار نیاز به دما و فشار بسیار بالاتری است که ممکن است در طی هزار سال در منبعی مشخص رخ دهد.

در صورت تأیید، این فراانفجار می‌تواند قدرتمندترین و همچنین کمیاب‌ترین انفجاری باشد که تاکنون در ستاره‌ای نوترونی دیده شده است.

ستاره‌ی نوترونی (هسته‌ی فروپاشی‌شده‌ی ستاره‌ای مرده) در مرکز حلقه‌ای گازی

زغال نیم سوز

در سال ۲۰۱۱، ستاره‌ای نوترونی به نام MAXI J0556-332 (در فاصله‌ی تقریبی ۱۴۰ هزار سال نوری از زمین در هاله‌ی راه شیری) با شراره‌ی انرژی قدرتمندی منفجر شد که تنها با تلسکوپ‌های پرتو ایکس قابل رصد بود. انفجارهای پرتوی ایکس این‌چنینی در ستاره‌های نوترونی که بخشی از یک سیستم دوتایی را تشکیل می‌دهند، رایج هستند.

این ستاره‌ها دارای یک مرکز گرانشی مشترک هستند. انفجارهای پرتوی ایکس زمانی رخ می‌دهند که گرانش قدرتمند ستاره‌ی نوترونی، کره‌های گازی عظیمی را از ستاره‌ی همراه خود جذاب کند و باعث شود گاز بر اثر برخورد با سطح ستاره‌ی نوترونی منفجر شود.

این انفجار در کوتاه‌مدت ستاره‌ی نوترونی را داغ می‌کند که ستاره‌شناس‌ها می‌توانند آن را با استفاده از تلسکوپ‌های پرتوی ایکس رصد کنند. هرچقدر مواد بیشتری روی ستاره سقوط کنند ستاره درخشان‌تر می‌شود. پژوهشگرها با شروع رصد MAXI J0556-332 در سال ۲۰۱۱ متوجه جرقه‌ی انفجاری پرتوهای ایکس شدند. بااین‌حال این طغیان تا اندازه‌ای متفاوت بود. به گفته‌ی هومان:

در هفته‌ی اول درست پس از پایان انفجار، مشاهده کردیم که ستاره به‌شدت داغ است. حرارت آن هم دو برابر داغ‌تر از آنچه قبلا مشاهده کردیم بود.

آیا این گرمای شدید حاصل برخورد مقادیر زیاد به سطح ستاره‌ی نوترونی بود؟ پس از ده سال رصد ستاره‌ی نوترونی، پژوهشگرها به این نتیجه رسیدند که مسئله‌ی اصلی این نبوده است. در طول یک دهه رصد، ستاره‌ی نوترونی با سه انفجار بزرگ‌تر پرتو ایکس همراه بود اما هیچ‌کدام از آن‌ها به اندازه‌ی سال ۲۰۱۱ دمای ستاره را بالا نبردند. درنتیجه مکانیزم دیگری در کار بوده است.

ورود به فراانفجار

پژوهشگرها در مقاله‌ی جدید که تاریخ ۹ فوریه در سرور arXiv منتشر شد، نشان دادند که چگونه انفجار گرماهسته‌ای عظیم در ستاره‌ای نوترونی باعث گرمایش بیش از حد آن در سال ۲۰۱۱ شده است. این انفجار حاصل صدها یا شاید هزاران سال برخورد ماده از ستاره‌ی شریک بر سطح ستاره‌ی نوترونی بوده است که به صورت پیوسته و در فاصله‌ی چندسال یک بار با سطح ستاره برخورد می‌کردند و گرما و فشار داخلی ستاره را افزایش می‌دادند.

در اغلب ستاره‌ها، فشارهای بالا باعث ادغام اتم‌های هیدروژن با هلیوم می‌شود و واکنش‌های هسته‌ای به وجود می‌آیند که مقادیر عظیمی انرژی را آزاد می‌کنند. برخی از ستاره‌های بزرگ‌ می‌توانند عناصر سنگین‌تر مثل کربن را ترکیب کنند و انفجارهای هسته‌ای قدرتمندتری را ایجاد کنند؛ اما برای گرمایش بیش از حد MAXI J0556-332 در سال ۲۰۱۱، انفجار باید دارای دامنه‌ای بی‌سابقه بوده باشد به گفته‌ی هومان:

انفجاری از نوع گرماهسته‌ای را کشف کرده‌ایم که در اعماق ستاره‌ی نوترونی و بر اثر گداخت هسته‌ای احتمالی اکسیژن یا نئون رخ داده است. این اولین مشاهده از نوع فراانفجار است.

رصد مجدد این پدیده در طول عمر انسان غیر ممکن است نه به خاطر اینکه ستاره باید از ابتدا شکل بگیرد بلکه به این دلیل که بازسازی گرما و فشار به مدت ۱۰۰۰ سال یا بیشتر به طول می‌انجامد. با توجه به اینکه هیچ ستاره‌ی نوترونی دیگری به گرمای MAXI J0556-332 در سال ۲۰۱۱ نرسیده است، ستاره‌شناس‌ها گمان می‌کنند رویدادهای فراانفجاری پدیده‌هایی بسیار نادر هستند که تنها تحت شرایط مشخصی رخ می‌دهند؛ اما این شرایط کدامند؟

ستاره‌شناس‌ها امیدوار هستند در پژوهش‌های بعدی به این شرایط پی ببرند. پژوهش‌های آینده متمرکز بر ستاره‌ی همراه اسرارآمیز MAXI J0556-332 هستند تا ببینند ویژگی خاصی در آن ستاره وجود دارد یا MAXI چگونه ماده را جذب کرده که به فراانفجار آن انجامیده است.