ابرنواختر چیست؟ ؛ تاریخچه ، تعریف و تصاویری از سوپرنواها

ابرنواختر که به انگلیسی سوپرنوا (Supernova) گفته می‌شود، انفجار عظیمی است که در پایان عمر ستارگان پرجرم رخ می‌دهد، اما برای آنکه به طور دقیق بدانید ابرنواختر چیست در ادامه با ما همراه باشید.

سوپرنوا یا ابرنواختر چیست

به طور خلاصه می‌توان گفت ستاره‌ها پس از پایان حیات و سوخت هسته‌ای خود کم‌نور می‌شوند، ناگهان منفجر شده و مقدار زیادی نور تولید می‌کنند و سرانجام یک ستاره نوترونی از خود برجا می‌گذارند. ستاره نوترونی جرمی بسیار بسیار چگال است. به طور میانگین در کهکشان راه شیری هر ۵۰ سال یک بار، یک ابرنواختر رخ می‌دهد.

اجازه دهید به زبان ساده بگوییم! آیا پیش آمده است که ستار‌ه‌ای درخشان را در آسمان شب در حال انفجار ببینید؟ این انفجار مربوط به چند ساعت قبل نیست، اما اکنون مانند یک فانوس دریایی درخشان به نظر می‌رسد. آن ستاره درخشان در واقع یک ستاره نیست، یا بهتر بگوییم دیگر یک ستاره نیست. این نقطه نورانی فوق‌العاده درخشان مربوط به انفجار ستاره‌ای است که به پایان حیات خود رسیده است. چیزی که از آن تحت عنوان ابرنواختر (Supernova) یاد می‌شود.

یک ابرنواختر می‌تواند درخشندگی تمام اجرام یک کهکشان را تحت الشعاع قرار دهد. انرژی آزاد شده توسط آن، بیش از تمام انرژی‌ است که توسط خورشید در طول حیاتش تولید شده است. ابرنواختر ها منبع اولیه عناصر سنگین در کائنات هستند. آنطور که ناسا می‌گوید ابرنواختر بزرگترین انفجاری است که در فضا رخ می‌دهد.

تاریخچه مشاهده ابرنواختر‌ها

سال‌های پیش از آنکه تلسکوپ اختراع شود، تمدن‌های بسیاری ابرنواخترها را ثبت کرده‌ بودند. قدیمی‌ترین ابرنواختر کشف شده، رخداد RCW 86 است که در سال ۱۸۵بعد از میلاد توسط ستاره‌شناسان چینی شناسایی شد. بنابرگفته ناسا، ثبت چینی‌ها حاکی از وجود یک “ستاره میزبان” برای مدت ۸ ماه در آسمان بوده است.

تا پیش از اوایل قرن هفدهم، (یعنی زمانی که در سال ۱۶۰۹ تلسکوپ توسط گالیله اختراع و در دسترس قرار گرفت)، بنابر گفته دانشنامه بریتانیکا (Britannica) تنها ۷ مورد مشاهده ابرنواختر‌ها ثبت شده بود.

چیزی که ما امروزه به عنوان سحابی خرچنگ می‌شناسیم یکی از مشهورترین این ابرنواخترهاست. ستاره‌شناسان چینی و کره‌ای در سال ۱۰۵۴ موفق به ثبت این انفجار ستاره‌ای شده‌ بودند. همچنین بر اساس نقاشی‌های سنگی کشف شده در آریزونا و نیومکزیکو، بومیان شمال غرب آمریکا نیز احتمالا چنین رخدادی را مشاهده کرده‌اند. ابرنواختر تشکیل‌دهنده سحابی خرچنگ چنان درخشان بوده است که ستاره‌شناسان باستان توانستند آن را مشاهده کنند.

سایر ابرنواختر‌هایی که تا پیش از اختراع تلسکوپ رصد شده بودند به ترتیب در سال‌های ۳۹۲، ۱۰۰۶، ۱۱۸۱، ۱۵۷۲ (توسط تیکو براهه) و ۱۶۰۴ رخ داده بودند. براهه، مشاهدات خود از ستاره‌ای جدید را در کتابش به نام “ستاره نو” (De nova stella) نوشت. بدین ترتیب کلمه نواختر (nova) بر سر زبان‌ها افتاد.

البته یک نواختر با یک ابرنواختر متفاوت است. هرچند بنابر دانشنامه بریتانیکا هر دو این رخداد‌ها انفجارهای ناگهانی هستند که بدلیل انتشار گازها در اطراف ستاره، درخشندگی بسیاری دارند. اما در خصوص ابرنواختر، این یک انفجار مهیب است و بر پایان عمر یک ستاره دلالت می‌کند.

عبارت ابرنواختر (Supernova) تا دهه ۱۹۳۰ مورد استفاده قرار نگرفت. نخستین استفاده از این عبارت توسط والتر باده (Walter Baade) و فریتز زویکی (Fritz Zwicky) در رصدخانه مونت ویلسون در شهر لس آنجلس ثبت شده است. آنها ابرنواختر را به انفجار عظیمی به نام آندرومدا اس (S Andromedae) یا SN 1885A نسبت دادند.

بیشتر بخوانید : امواج گرانشی حاصل از برخورد دو ستاره نوترونی برای اولین بار ثبت شدند

رخدادی که آنها مشاهده کرده بودند در کهکشان آندرومدا اتفاق افتاده بود. محققان همچنین پیشنهاد کردند که ابرنواختر زمانی اتفاق می‌افتد که ستاره‌های معمولی به درون ستاره‌های نوترونی سقوط می‌کنند.

یک از مشهورترین ابرنواخترهای دنیای امروزی در سال ۱۹۸۷ رخ داد که SN 1987A نام دارد. ستاره‌شناسان هنوز هم به مطالعه این رخداد می‌پردازند؛ چرا که می‌توانند به درک درستی از چگونگی تکامل ابرنواخترها در اولین دهه پس از انفجارشان دست یابند.

مرگ یک ستاره

به طور میانگین در کهکشانی با ابعاد راه شیری یک ابرنواختر هر ۵۰ سال یکبار رخ می‌دهد. به بیان بهتر هر ثانیه یا بیشتر یک ستاره در کائنات منفجر می‌شود و فقط برخی از آنها هستند که فاصله زیادی با زمین ندارند. حدود ۱۰ میلیون سال پیش یک خوشه از ابرنواختر‌ها، حباب محلی را تشکیل دادند. حباب محلی یک حباب بادام زمینی شکل با طول ۳۰۰ سال نوری تشکیل شده از گازهای میان ستاره‌ای است که منظومه شمسی را احاطه کرده است.

چگونگی مرگ یک ستاره به طور دقیق به جرم آن بستگی دارد. به عنوان مثال ستاره منظومه ما، خورشید، جرم کافی برای منفجر شدن به عنوان یک ابرنواختر را ندارد، اما با مقدار کافی جرم یک ستاره می‌تواند در یک انفجار آتشین بسوزد. این نمی‌تواند خبر خوبی برای زمین باشد، چرا که اگر خورشید سوخت فسیلی خود را رو به پایان ببیند، شاید در چند میلیارد سال آینده، به یک ستاره “غول سرخ” متورم تبدیل خواهد شد و قبل از آنکه به به یک کوتوله سفید تبدیل شود، احتمالا سیاره ما را تبخیر خواهد کرد.

یک ستاره می‌تواند با یکی از روش‌های زیر به ابرنواختر تبدیل شود:

ابرنواختر نوع یک: یک ستاره از جرم نزدیک خود (عمدتا ستاره‌های دوتایی) ماده می‌گیرد و آن را انباشت می‌کند تا زمانی که واکنش‌ هسته‌ای منجر به انفجار شوند.
ابرنواختر نوع دو: سوخت هسته‌ای ستاره به اتمام می‌رسد، انقباض هسته رخ می‌دهد و ستاره تحت گرانش خود فرو می‌ریزد و منفجر می‌شود.

ابرنواختر نوع دو

بیایید نخست به نوع جذاب‌تر دوم نگاهی بیاندازیم. برای‌ ستاره‌ای که طی انفجارش به ابرنواختر نوع دوم تبدیل خواهد شد، نیاز است تا جرمی چندین برابر خورشید داشته باشد (ضریب بین ۸ تا ۱۵ برابر جرم خورشید تخمین زده می‌شود). همانند اتفاقی که در خورشید خواهد افتاد؛ سرانجام سوخت هیدروژنی و هلیومی موجود در هسته ستاره به پایان می‌رسد. هرچند به مقدار کافی جرم و فشار برای ترکیب کردن کربن باقی خواهد ماند. در ادامه مختصرا وقایع بعدی را توضیح خواهیم داد.

رفته رفته عناصر سنگین‌تر در مرکز جای می‌گیرند و ساختاری لایه لایه بوجود می‌آید، به طوری که هرچه از درون به بیرون می‌رویم عناصر سبک‌تر می‌شوند.
وقتی جرم هسته از مقدار معینی حد چاندارسخار (Chandrasekhar limit) فراتر می‌رود، ستاره شروع به منفجر شدن از درون می‌کند. به همین دلیل تحت عنوان “ابرنواختر هسته فروپاشی شده” معروف هستند.
هسته گرم و چگال‌تر می‌شود.
سرانجام انفجار از درون هسته آغاز شده، مواد ستاره‌ای به فضا خارج می‌شوند و ابرنواختر تشکیل می‌شود.

آنچیزی که از این جرم فوق‌العاده چگال باقی می‌ماند، ستاره نوترونی نامیده می‌شود، جرمی در ابعاد یک شهر که می‌تواند جرمی به اندازه خورشید را در یک فضای کوچک متراکم کند. این نوع از ابرنواختر را براساس انحنای نورشان می‌توان به دو رده تقسیم کرد. نور ابرنواختر‌های نوع دوم در رده L پس از انفجار به تدریج کاهش می‌یابد، درحالی که نور ابرنواخترهای نوع دوم در رده S برای مدتی قبل از شروع زوال، در حالت خود باقی می‌ماند. هر دو نوع در طیف خود اثری از هیدروژن دارند.

دانشمندان گمان می‌کند ستاره‌هایی که خیلی بیشتر از خورشید جرم دارند (در حدود ۲۰ تا ۳۰ برابر جرم خورشید) ممکن است به صورت ابرنواختر منفجر نشوند، در عوض آنها به شکل سیاهچاله در خود فرو می‌ریزند.

بیشتر بخوانید : سیاهچاله چیست؟ تعاریف، نظریات و حقایق

ابرنواختر نوع یک

در طیف ابرنواخترهای نوع یک اثری از هیدروژن مشاهده نمی‌شود. گمان می‌رود که نوع یک a ابرنواختر‌ها از ستاره‌های کوتوله سفید در منظومه‌های دوتایی نزدیک منشا گرفته باشند. بدلیل آنکه مواد و گازهای ستاره همراه در منظومه دوتایی بر روی این کوتوله سفید انباشت می‌شوند، کوتوله سفید تردیجا متراکم می‌شود. سرانجام واکنش هسته‌ای در درون منجر به انفجار ابرنواختر عظیمی می‌شود.

ستاره شناسان از نوع یک a ابرنواختر‌ها به عنوان شمع استاندار (standard candle) استفاده می‌کنند تا فواصل کیهانی را اندازه گیری کنند. شمع‌های نجومی نوعی جرم نجومی دارای درخشندگی معین در اوج هستند که بوسیله آنها می‌توان به سنجش فواصل پرداخت.

رده‌های b و c ابرنواخترهای نوع اول همانند نوع مرسوم دوم متحمل فروپاشی هسته می‌شوند، اما در این مسیر بخش زیادی از پوشش های هیدروژن بیرونی خود را از دست می‌دهند. در سال ۲۰۱۴ دانشمندان یک ستاره همراه کم‌نور که موقعیت یابی آن دشوار بود را شناسایی و آن را به عنوان یک ابرنواختر یک b قلمداد کردند. از آنجایی که ستاره همراه نسبت به ابرنواختر درخشان بسیار کم نورتر است، این مطالعه دو دهه زمان صرف کرد.

ثبت انفجار یک سوپرنوا

مطالعات اخیر نشان داده است که ابرنواختر ها دارای لرزش هستند و قبل از انفجار از خود صدا منتشر می‌کنند.

در سال ۲۰۰۸ دانشمندان برای نخستین بار یک ابرنواختر را هنگام انفجار به دام انداختند و شناسایی کردند. آلیسیا سادربرگ (Alicia Soderberg)، ستاره‌شناس آمریکایی و استاد دانشگاه هاروارد، درحالی که به نمایشگر کامپیوتر خود خیره شده بود، انتظار داشت لکه کوچک درخشان یک ابرنواختر چند ماهه را ببیند، اما چیزی که او و همکارش در عوض دیدند، یک انفجار اشعه ایکس عجیب، فوق‌العاده درخشان و پنج دقیقه‌ای بود.

بیشتر بخوانید: درخشان ترین سوپرنوا تاریخ ؛ ۵۷۰ میلیارد برابر درخشان تر از خورشید!

با آن مشاهده آنها به اولین ستاره‌شناسانی بدل شدند که موفق به ثبت انفجار یک ستاره شدند. این ابرنواختر جدید SN 2008D نام گرفت. مطالعات بیشتر نشان داد این برخی جزئیات نامعمول را داراست.

پائولو ماتزالی (Paolo Mazzali)، اخترفیزیکدان استالیایی از رصدخانه پادوا و موسسه اخترفیزیک مکس پلانک در سال ۲۰۰۸ در مصاحبه با سایت اسپیس گفت:

مشاهدات و مدلسازی‌های ما نشان می‌دهد که ما چیزی مامعمول مواجه نیستیم، بلکه در حال رسیدن به درک بهتری نسبت به مفهومی حدواسط میان ابرنواختر و انفجار اشعه گاما هستیم