رسیدن به ستاره های (نامرئی).

برخی از ستارگان نه تنها می میرند، بلکه در یک انفجار ستاره ای منفجر می شوند که می تواند از کل کهکشان ها پیشی بگیرد. این پدیده‌های کیهانی که ابرنواختر نامیده می‌شوند، نور، عناصر، انرژی و تشعشع را در فضا پخش می‌کنند و امواج شوک کهکشانی را می‌فرستند که می‌تواند ابرهای گازی را فشرده کند و ستاره‌های جدیدی تولید کند. به عبارت دیگر، ابرنواخترها جهان ما را شکل می دهند. در میان آنها، ابرنواخترهای فقیر از هیدروژن ناشی از انفجار ستارگان عظیم، مدتهاست که اخترفیزیکدانان را متحیر کرده است. دلیل: دانشمندان نتوانسته‌اند انگشت خود را روی ستاره‌های مولد خود بگذارند. گویی این ابرنواخترها از هوای رقیق ظاهر شده اند.

ابرنواخترهای فقیر از هیدروژن بسیار بیشتر از آن چیزی هستند که مدل‌های کنونی ما می‌توانند آن را توضیح دهند. ایلوا گوتبرگ، استادیار ISTA می‌گوید، یا نمی‌توانیم ستاره‌هایی را که در این مسیر بالغ می‌شوند شناسایی کنیم، یا باید همه مدل‌های خود را اصلاح کنیم. او این کار را با ماریا دروت، عضو هیئت علمی مؤسسه نجوم و اخترفیزیک دانلپ، دانشگاه تورنتو، کانادا آغاز کرد. “ستاره های منفرد معمولاً به صورت ابرنواخترهای غنی از هیدروژن منفجر می شوند. فقیر بودن آنها از نظر هیدروژن نشان می دهد که ستاره مولد باید پوشش ضخیم و غنی از هیدروژن خود را از دست داده باشد. گوتبرگ می‌گوید: این به طور طبیعی در یک سوم ستارگان پرجرم با جدا کردن پوشش از یک ستاره دوگانه اتفاق می‌افتد. اکنون گوتبرگ و دروت حوزه‌های تخصص خود را در مدل‌سازی نظری و رصد ترکیب کرده‌اند تا ستاره‌های گمشده را بیابند. ماموریت آنها موفقیت آمیز بود: آنها اولین جمعیت ستاره ای را ثبت کردند، در نهایت یک شکاف دانش بزرگ را پر کردند و منشا ابرنواخترهای فقیر از هیدروژن را روشن کردند.

دو ستاره و حذف پوسته

ستارگانی که گوتبرگ و دروت به دنبال آن هستند، به صورت جفتی می آیند: در یک سیستم ستاره ای دوتایی به هم متصل شده اند. برخی از سیستم های دوتایی برای ما زمینی ها به خوبی شناخته شده اند: آنها شامل درخشان ترین ستاره در آسمان شب ما، سیریوس A، و ستاره همراه کم نور آن سیریوس B است. سیستم دوتایی سیریوس تنها 8.6 سال نوری از زمین فاصله دارد. اصطلاحات کیهانی این روشنایی مشاهده شده سیریوس A در آسمان شب ما را توضیح می دهد.

اخترفیزیکدانان انتظار دارند که ستارگان گمشده در اصل از منظومه های دوتایی عظیم تشکیل شده باشند. در یک سیستم دوتایی، ستارگان به دور یکدیگر می چرخند تا زمانی که پوشش ضخیم و غنی از هیدروژن ستاره پرجرم تر منبسط شود. در نهایت، پوشش در حال انبساط کشش گرانشی قوی تری را روی ستاره همراه نسبت به هسته خود تجربه می کند. این باعث می شود که انتقال جرم آغاز شود و در نهایت منجر به حذف کل پوسته غنی از هیدروژن شود و هسته داغ و فشرده هلیوم را در معرض دید قرار دهد – بیش از 10 برابر داغتر از سطح خورشید. این دقیقاً همان نوع ستاره ای است که گوتبرگ و دروت به دنبال آن هستند. پیش‌بینی می‌شود ستاره‌های هلیوم با جرم متوسط ​​و فاقد برهمکنش دوتایی، نقش مهمی در اخترفیزیک بازی کنند. با این حال، آنها تا کنون مشاهده نشده اند.” در واقع، تفاوت مهمی در جرم بین طبقات شناخته شده ستارگان هلیوم وجود دارد: ستارگان پرجرم Wolf-Rayet (WR) بیش از 10 برابر خورشید جرم دارند و ستارگان زیرکوتوله کم جرم می توانند حدود نیمی از جرم داشته باشند. جرم خورشید با این حال، مدل‌ها پیش‌بینی می‌کنند که اجداد ابرنواخترهای فقیر از هیدروژن پس از جداسازی، بین ۲ تا ۸ جرم خورشیدی خواهند بود.

نه فقط یک سوزن در انبار کاه

قبل از مطالعه گوتبرگ و دروت، تنها یک ستاره یافت شد که معیارهای جرم و ترکیب مورد انتظار را برآورده می کرد و به آن “Quasi-WR” (یا “Quasi Wolf-Rayet”) می گفتند. گوتبرگ می‌گوید: «با این حال ستارگانی که این مسیر را دنبال می‌کنند، عمر طولانی دارند که بسیاری از آنها باید در سراسر جهان قابل مشاهده پراکنده شوند. آیا دانشمندان آنها را “ندیدند”؟ بنابراین، گوتبرگ و دروت از تجربیات مکمل استفاده می کنند. آنها با استفاده از نورسنجی UV و طیف‌سنجی نوری، جمعیتی متشکل از 25 ستاره را شناسایی کردند که با انتظارات ستاره‌های هلیمی با جرم متوسط ​​مطابقت دارد. ستارگان در دو کهکشان مجاور که به خوبی مطالعه شده اند، یعنی ابرهای ماژلانی بزرگ و کوچک قرار دارند. ما نشان دادیم که این ستاره ها آبی تر از خط تولد ستاره ها هستند، آبی ترین مرحله در زندگی یک ستاره. تک ستاره ها با تکامل به سمت ناحیه قرمزتر طیف بالغ می شوند. گوتبرگ توضیح می‌دهد که ستاره در جهت مخالف حرکت می‌کند تنها در صورتی که لایه‌های بیرونی آن برداشته شوند – چیزی که انتظار می‌رود در دوتایی‌های متقابل رایج باشد و در ستارگان منفرد پرجرم نادر باشد.

دانشمندان سپس جمعیت ستاره ای نامزد خود را با استفاده از طیف سنجی نوری بررسی کردند: آنها نشان دادند که ستارگان دارای ویژگی های طیفی قوی هلیوم یونیزه هستند. “خطوط قوی هلیوم یونیزه شده دو چیز مهم را به ما می گوید: اول، آنها تایید می کنند که بیرونی ترین لایه های ستاره ها تحت سلطه هلیوم هستند، و دوم اینکه سطح آنها بسیار داغ است. این همان چیزی است که برای ستاره‌هایی که پس از جداسازی به‌عنوان هسته‌ای در معرض، فشرده و غنی از هلیوم باقی می‌مانند، می‌افتد.” بسته به اینکه کدام ستاره بیشترین سهم را در این طیف داشته است. “این کار به ما امکان داد تا جمعیت گمشده ستارگان با جرم متوسط ​​و بدون هلیوم، اجداد پیش بینی شده ابرنواخترهای فقیر از هیدروژن را پیدا کنیم. این ستارگان همیشه وجود داشته اند و احتمالاً وجود دارد. گوتبرگ می‌گوید که چیزهای بیشتری وجود دارد. کار ما ممکن است یکی از اولین تلاش‌ها باشد، اما باید راه‌های ممکن دیگری وجود داشته باشد.»

از دانشجویان کارشناسی ارشد در یک کنفرانس گرفته تا رهبران گروه

ایده پشت این پروژه در بحثی پس از سخنرانی گوتبرگ در کنفرانسی که او و دروت در دوران تحصیلات تکمیلی خود در آن شرکت کردند، مطرح شد. هر دو دانشمند که در آن زمان محققین اولیه بودند که به ستاره ها دست یافتند، اکنون رهبران گروه در زمینه خود هستند. گوتبرگ در سپتامبر به دنبال تحقیقات خود در رصدخانه کارنگی در پاسادنا، کالیفرنیا، به عنوان همکار فوق دکتری هابل ناسا به ISTA پیوست. در ISTA، گوتبرگ به صفوف رو به رشد رهبران گروه اخترفیزیک جوان مؤسسه می‌پیوندد و گروه خود را که بر روی مطالعه برهم‌کنش‌های ستاره‌های دوتایی متمرکز است، رهبری می‌کند.

این کار توسط ماریا آر. دروت (موسسه اخترشناسی و اخترفیزیک دانلپ، دانشگاه تورنتو، کانادا) و یلوا گوتبرگ (موسسه علم و فناوری اتریش، ISTA)، با همکاری رصدخانه‌های موسسه کارنگی انجام شد. علوم (پاسادنا، ایالات متحده آمریکا) و مؤسسه اخترفیزیک ماکس پلانک (گارچینگ، آلمان)، در میان دیگران.