شبیه‌سازی مرگ یک ستاره غول‌پیکر

ستاره شناسان امواج گرانشی ناشی از فروپاشی یک ستاره عظیم الجثه در حال مرگ را شبیه‌سازی کردند.

به گزارش ایسنا و به نقل از آی‌ای، اخترفیزیکدانان تا به امروز، تنها امواج گرانشی ناشی از ادغام سیاه‌چاله‌ها و ستاره‌های نوترونی را شناسایی کرده‌اند که به عنوان منظومه‌های دوگانه طبقه‌بندی می‌شوند.

یک منظومه دوگانه(Binary system) منظومه‌ای از دو جرم آسمانی است که به اندازه‌ای به یکدیگر نزدیک هستند که برهمکنش گرانشی آنها باعث می‌شود که پیرامون یک گرانیگاه مشترک بگردند. در تعریف دقیق‌تر، منظومه دوگانه‌ی این گرانیگاه باید بیرون از هر دو جرم قرار داشته باشد تا در قالب منظومه سیاره-قمر یا منظومه سیاره‌ای دسته‌بندی نشود.

معمول‌ترین حالت‌های منظومه‌های دوگانه شامل ستاره‌های دوگانه و سیارک‌های دوگانه می‌شود، اما سیاره‌ها، سیاه‌چاله‌ها، ستاره‌های نوترونی، کوتوله‌های قهوه‌ای، سیاه‌چاله‌ها و کهکشان‌ها نیز می‌توانند منظومه‌های دوگانه ایجاد کنند.

منظومه‌های چندگانه نیز همانند منظومه‌های دوگانه هستند با این تفاوت که به جای دو جرم، سه جرم یا بیشتر در آن قرار دارند.

با این حال، پژوهشگران دانشگاه نورث وسترن در مطالعه جدید خود یک نامزد جدید غیر دوگانه پیشنهاد کرده‌اند: پیله‌هایی که از بقایای ستارگان عظیم در حال مرگ ساخته شده‌اند.

وقتی ستارگان می‌میرند، در یک انفجار سهمگین که در سراسر کیهان طنین‌انداز می‌شود، به ابرنواختر تبدیل می‌شوند. در این فرآیند، آنها همچنین پیله‌هایی از بقایا را در اطراف منطقه فضا که زمانی محل یک ستاره زنده بود، تشکیل می‌دهند.

پژوهشگران با استفاده از شبیه‌سازی‌های پیشرفته نشان دادند که این پیله‌ها می‌توانند امواج گرانشی ساطع کنند که باید توسط رصدخانه امواج گرانشی تداخل‌سنج لیزری(LIGO) قابل تشخیص باشد.

اوره گاتلیب از دانشگاه نورث وسترن که رهبری این مطالعه را بر عهده داشت، در یک بیانیه مطبوعاتی توضیح داد: تا به امروز، رصدخانه امواج گرانشی تداخل‌سنج لیزری فقط امواج گرانشی را از منظومه‌های دوگانه شناسایی کرده است، اما روزی اولین منبع غیر دوگانه امواج گرانشی را شناسایی خواهد کرد. پیله‌ها یکی از اولین مکان‌هایی هستند که باید برای این نوع منبع امواج گرانشی به دنبال آن باشیم.

پژوهشگران در شبیه‌سازی‌های خود، فروپاشی ستاره‌ای عظیم را مدل‌سازی کردند که به سیاه‌چاله تبدیل می‌شود و سپس فواره‌های قدرتمندی را که نزدیک به سرعت نور در فضا حرکت می‌کنند، شلیک می‌کند.

پژوهشگران در ابتدا تصمیم گرفتند تا تعیین کنند که آیا دیسک‌های برافزایشی سیاه‌چاله‌ها ممکن است امواج گرانشی قابل تشخیص ساطع کنند یا خیر. با این حال، با کمال تعجب، آنها در مجموع به یک نتیجه دیگر رسیدند.

گاتلیب می‌گوید: وقتی امواج گرانشی را از مجاورت سیاه‌چاله برآورد کردم، منبع دیگری را یافتم که محاسبات من را مختل می‌کرد، پیله. من سعی کردم آن را نادیده بگیرم، اما متوجه شدم نادیده گرفتن آن غیرممکن است. سپس متوجه شدم که پیله یک منبع موج گرانشی جالب توجه است.

این پیله‌ها زمانی تشکیل می‌شوند که فواره‌های ساطع شده توسط سیاه‌چاله به لایه‌های در حال فروپاشی ستاره در حال مرگ برخورد کنند و ساختاری حباب مانند در اطراف فواره تشکیل دهند.

گاتلیب افزود: یک فواره از اعماق یک ستاره شروع می‌شود و سپس راه خود را مانند یک مته برای فرار از آن پیش می‌گیرد. این مثل زمانی است که شما سوراخی را در دیوار ایجاد می‌کنید و مته‌ی چرخان به دیوار فرو می‌رود و زباله‌های آن از دیوار بیرون می‌ریزند. در واقع آن مته به ماده‌ها انرژی می‌دهد. به شکل مشابه، فواره به ستاره ضربه می‌زند و باعث می‌شود مواد ستاره گرم شود و بیرون بریزد. این بقایا لایه‌های داغ یک پیله را تشکیل می‌دهند.

اکنون که رصدخانه LIGO سرانجام چهارمین رصد خود را آغاز کرده است، با به‌روزرسانی‌های جدیدی که بر اساس گزارش‌ها حساسیت آن را دو برابر کرده است، این رصدخانه امواج گرانشی می‌تواند امواج منشأ گرفته از این پیله‌ها را تشخیص دهد.

گاتلیب توضیح داد: مطالعه ما فراخوانی برای اقدام جامعه نجوم است تا به پیله‌ها به عنوان منبع امواج گرانشی نگاه کنند. ما همچنین می‌دانیم که این پیله‌ها تشعشعات الکترومغناطیسی ساطع می‌کنند، بنابراین می‌توانند رویدادهای دارای چندین پیام باشند. ما با مطالعه آنها می‌توانیم درباره آنچه در درونی‌ترین قسمت ستاره‌ها اتفاق می‌افتد، ویژگی‌های فواره‌ها و شیوع آنها در انفجارهای ستاره‌ای اطلاعات بیشتری کسب کنیم.