یک ستاره در فاصله ۳۰۰ سال نوری آرام‌آرام همسایه خود را می‌بلعد

ستاره‌شناسان برای نخستین بار ستاره‌ای را در حال تغذیه آهسته از یک کوتوله قهوه‌ای در فاصله ۳۰۰ سال نوری رصد کردند.

مانند زمین، بیشتر اجرام سیاره‌ای به دور ستاره مادر خود در مدارهایی پایدار و جدا از یکدیگر حرکت می‌کنند. با این حال، نزدیک شدن بیش از حد یک سیاره به ستاره می‌تواند این وضعیت را تغییر دهد و ستاره در چنین برخورد نزدیکی، جرم سیاره را به سمت خود بکشد و در نهایت آن را به طور کامل ببلعد.

ستاره‌شناسان در سراسر کهکشان، سامانه‌های سیاره‌ای پایدار و جدا از یکدیگر زیادی را مشاهده کرده‌اند و نمونه‌هایی از ستاره‌هایی را نیز دیده‌اند که در مدت کوتاهی سیارات خود را می‌بلعند. اکنون دانشمندان برای نخستین بار سامانه‌ای را یافته‌اند که میان این دو وضعیت افراطی قرار دارد و شیوه تازه‌ای از تعامل ستاره‌ها با اجرام همراهشان را نشان می‌دهد.

در پژوهشی که امروز در نشریه Nature Astronomy منتشر شده، دانشمندان مؤسسه فناوری ماساچوست و چند مرکز علمی دیگر از کشف ستاره‌ای خبر داده‌اند که به‌آرامی از یک کوتوله قهوه‌ای در مدار نزدیک خود تغذیه می‌کند. کوتوله قهوه‌ای جرمی شبیه سیاره به شمار می‌رود که از یک سیاره پرجرم‌تر است، اما جرم آن برای تبدیل شدن به یک ستاره کافی نیست.

سامانه تازه با نام ZTF J0440+2325 در کهکشان راه شیری و در فاصله تقریبی ۳۰۰ سال نوری از زمین قرار دارد. این سامانه نخستین نمونه مشاهده‌شده از یک جرم کم‌جرم است که به‌صورت آهسته و پیوسته مواد جرم کم‌جرم دیگری را جذب می‌کند.

سرعت تغذیه ستاره از کوتوله قهوه‌ای نشان می‌دهد این نوع آدم‌خواری ستاره‌ای بسیار آهسته می‌تواند صدها هزار سال و حتی میلیاردها سال ادامه پیدا کند.

کوین بردج، استادیار فیزیک در مؤسسه فناوری ماساچوست، گفت

وقتی به تعامل ستاره‌ها با سیارات یا کوتوله‌های قهوه‌ای فکر می‌کنیم، معمولاً این تصویر شکل می‌گیرد که ستاره در نهایت جرم دیگر را می‌بلعد. این اتفاق برای زمین نیز زمانی رخ خواهد داد که خورشید به یک غول سرخ تبدیل شود. اما اینجا با یک گزینه متفاوت روبه‌رو هستیم؛ ستاره به‌جای بلعیدن ناگهانی جرم همراه خود، می‌تواند به‌تدریج و طی میلیاردها سال از آن تغذیه کند.

همکاران مؤسسه فناوری ماساچوست در این مطالعه شامل آرون هاوس‌هولدر، کیتلین شین، سال راپاپورت، جوهین چاکرابورتی و اما چیکلِس هستند. پژوهشگران مؤسساتی از جمله مؤسسه فناوری کالیفرنیا، دانشگاه هاوایی، مؤسسه اخترفیزیک جزایر قناری، دانشگاه لا لاگونا در اسپانیا و مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونین نیز در این تحقیق مشارکت داشتند.

یک مثلث عجیب

این سامانه ابتدا با استفاده از تأسیسات گذرا زویکی شناسایی شد. این سامانه از دوربینی نصب‌شده روی یک تلسکوپ در رصدخانه پالومار کالیفرنیا بهره می‌گیرد و آسمان را برای یافتن تغییرات سریع روشنایی بررسی می‌کند؛ تغییراتی که می‌توانند نشانه یک ابرنواختر، انفجار پرتو گاما یا برخورد ستاره‌های نوترونی باشند.

چند سال پیش، کوین بردج هنگام بررسی داده‌های این تأسیسات با منحنی نوری عجیبی روبه‌رو شد. منحنی‌های مربوط به ابرنواخترها معمولاً شکلی شبیه زنگ دارند و روشن شدن تدریجی و سپس کم‌نور شدن ستاره هنگام انفجار را نشان می‌دهند. اما الگویی که بردج مشاهده کرد بیشتر شبیه یک مثلث بود و این شکل تنها یک بار دیده نمی‌شد، بلکه بارها تکرار می‌شد.

کوین بردج گفت

یادم هست اولین بار که آن را دیدم با خودم گفتم ستاره‌ها چنین موج‌های مثلثی ایجاد نمی‌کنند.

در آن مقطع، بردج و همکارانش روی نشانه دیگری تمرکز داشتند که آن را یک سامانه دوتایی بیوه سیاه شناسایی کرده بودند. در چنین سامانه‌ای، یک ستاره نوترونی بسیار چگال و در حال چرخش، به‌آرامی ستاره همراه بسیار کوچک‌تر خود را مصرف می‌کند؛ پدیده‌ای که شباهتی به رفتار عنکبوت بیوه سیاه با شکارش دارد.

بردج احتمال داد سیگنال مثلثی نیز از یک سامانه بیوه سیاه ناشی شده باشد، اما نور مشاهده‌شده با این فرض سازگار نبود. در سامانه‌های بیوه سیاه، نور به دلیل حرکت رفت‌وبرگشتی جرمی بسیار سبک و کم‌جرم، مانند یک ستاره کوچک ، به دور جرم بسیار سنگین‌تری همچون ستاره نوترونی، دچار نوسان می‌شود.

کوین بردج گفت

اینجا چنین حرکت رفت‌وبرگشتی را نمی‌دیدیم. هیچ چیز با هم جور درنمی‌آمد و نمی‌توانستیم توضیح دهیم این پدیده چیست.

با این حال، پژوهشگران یک احتمال را مطرح کردند: شاید این سیگنال نه از یک سامانه نابرابر شبیه رابطه داوود و جالوت، بلکه از یک جفت جرم نسبتاً متعادل با جرم‌های مشابه ناشی شده باشد.

کوین بردج گفت

اگر جرم کلی سامانه کمتر باشد، اجرام می‌توانند به‌آرامی به دور یکدیگر بچرخند و مجبور نباشند حرکت رفت‌وبرگشتی شدیدی داشته باشند. ایده همین بود، اما هیچ مدرکی برای اثبات آن نداشتیم و این مثلث عجیب سال‌ها بدون پاسخ باقی ماند.

گوی آتشین آهسته و پیوسته

بردج و آرون هاوس‌هولدر، دانشجوی تحصیلات تکمیلی گروه علوم زمین، جوی و سیاره‌ای مؤسسه فناوری ماساچوست، اخیراً تصمیم گرفتند دوباره سراغ معمای این الگوی مثلثی بروند. آنها با استفاده از سیگنال اولیه تأسیسات زویکی، محل منبع را در کهکشان راه شیری و در فاصله حدود ۳۰۰ سال نوری از زمین مشخص کردند.

پژوهشگران چندین تلسکوپ را به سوی این منبع که ZTF J0440+2325 نام گرفت، نشانه رفتند. آنها با بررسی داده‌های جدید، ویژگی‌های مختلف سامانه از جمله میزان حرکت نوسانی آن را اندازه گرفتند. نوسان این سامانه در مقایسه با سامانه‌های بیوه سیاه و نمونه‌های مشابه بسیار کمتر بود، اما به صفر نمی‌رسید.

آرون هاوس‌هولدر گفت

این همان نکته تعیین‌کننده درباره این سامانه بود. وقتی میزان نوسان را اندازه گرفتیم، مشخص شد با یک بیوه سیاه روبه‌رو نیستیم. اینجا یک ستاره کم‌جرم وجود دارد که یک کوتوله قهوه‌ای به دور آن می‌چرخد. دامنه نوسان آن‌قدر کوچک بود که نمی‌توانست مربوط به چیز دیگری باشد.

محاسبات نشان دادند ستاره و کوتوله قهوه‌ای فاصله بسیار کمی از یکدیگر دارند. کوتوله قهوه‌ای هر ۸۷ دقیقه یک بار مدار خود را کامل می‌کند و اندازه این مدار آن‌قدر کوچک است که می‌تواند در محدوده‌ای به اندازه قطر خورشید جای بگیرد. هر دو جرم در مقیاس ستاره‌ای کوچک محسوب می‌شوند؛ ستاره حدود ۸۵ برابر جرم مشتری و کوتوله قهوه‌ای حدود ۲۵ برابر جرم مشتری جرم دارد.

دانشمندان با توجه به قرار گرفتن دو جرم کم‌جرم در چنین فاصله نزدیکی، احتمال دادند یکی از آنها مواد خود را به دیگری منتقل کند. این فرایند که برافزایش نام دارد، معمولاً در اطراف اجرامی مشاهده می‌شود که از نظر اندازه بسیار کوچک اما از نظر جرم فوق‌العاده سنگین هستند؛ مانند سیاهچاله‌ها و ستاره‌های نوترونی. هنگامی که یک سیاهچاله ماده جرم کوچک‌تر نزدیک خود را جذب می‌کند، ماده به شکل یک قرص پیرامون آن قرار می‌گیرد.

کوین بردج گفت

تفاوت اینجاست که جرم جذب‌کننده ماده، یک سیاهچاله کوچک نیست، بلکه یک ستاره با اندازه نسبتاً بزرگ است. بنابراین ماده مستقیماً با سرعت بسیار بالا روی سطح ستاره فرود می‌آید؛ درست مانند برخورد یک سیارک با ماه.

گروه پژوهشی برای بررسی برافزایش احتمالی در ZTF J0440+2325 شبیه‌سازی‌هایی انجام داد. آنها ویژگی‌های ستاره و کوتوله قهوه‌ای را در نظر گرفتند و مسیر ذرات ماده روی کوتوله قهوه‌ای را بر اساس قوانین فیزیک و معادلات حرکت در گذر زمان مدل‌سازی کردند.

آرون هاوس‌هولدر گفت

وقتی مسیر این ذرات آزمایشی را دنبال می‌کنیم، می‌بینیم که واقعاً روی سطح ستاره سقوط می‌کنند. این نخستین بار است که یک ستاره کم‌جرم را در حال جذب فعال ماده از جرم کم‌جرم دیگری مشاهده کرده‌ایم.

محاسبات گروه نشان داد کوتوله قهوه‌ای هر سال تقریباً معادل یک صدهزارم جرم زمین ماده به ستاره می‌دهد. این مقدار تقریباً برابر با مواد موجود در ۴۰ میلیون کامیون کمپرسی یا حدود ۱٫۳ تریلیون بوریتوی یک‌پوندی، معادل حدود ۰٫۴۵ کیلوگرم، در هر ثانیه است.

هرچند چنین مقدار ماده‌ای در نگاه نخست بسیار زیاد به نظر می‌رسد، سهم آن در مقایسه با کل جرم کوتوله قهوه‌ای بسیار ناچیز است. پژوهشگران این نرخ را بسیار آهسته و یکنواخت ارزیابی کرده‌اند و بر اساس اندازه این سامانه، ستاره می‌تواند میلیاردها سال به تغذیه تدریجی از کوتوله قهوه‌ای ادامه دهد.

به گفته پژوهشگران، این برافزایش آهسته شبیه جریانی پیوسته از ماده خواهد بود که از کوتوله قهوه‌ای به سمت ستاره حرکت می‌کند. آنها دریافتند اگر این سامانه از فاصله دور دیده شود، تغییرات روشنایی آن می‌تواند به شکل یک مثلث ثبت شود؛ زیرا کوتوله قهوه‌ای و جریان ماده همراهش به دور ستاره می‌چرخند.

کوین بردج گفت

مثل این است که یک گوی آتشین دائماً روی یکی از اجرام قرار داشته باشد و با چرخش یکی به دور دیگری، این نقطه داغ گاهی در میدان دید قرار بگیرد و گاهی از دید خارج شود. قله سیگنال مثلثی زمانی ایجاد می‌شود که دقیقاً رو به این گوی آتشین نگاه می‌کنیم.

با حل شدن معمای منحنی نوری مثلثی، گروه پژوهشی قصد دارد سامانه‌های مشابه دیگری را در فاصله نزدیک‌تر جست‌وجو کند.

آرون هاوس‌هولدر گفت

این کشف جست‌وجوهای تازه زیادی را برای ما آغاز کرده است. فکر می‌کنم از این طریق درباره شیوه متفاوتی از تعامل سیارات و کوتوله‌های قهوه‌ای با ستاره‌های میزبانشان اطلاعات زیادی به دست خواهیم آورد.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.