کشف یک منبع انرژی غیر منتظره در یک منظومه نادر

تلسکوپ «آی‌ایکس‌پی‌ای» ناسا یک منظومه دوتایی مرموز را ردیابی کرده و یک منبع انرژی غیر منتظره را یافته است. 

به گزارش ایسنا به نقل از ساینس دیلی، یک گروه بین‌المللی از ستاره‌شناسان با استفاده از مشاهدات «کاوشگر تصویربرداری قطبش‌سنجی اشعه ایکس» (IXPE) ناسا و سایر تلسکوپ‌ها، شواهد جدیدی را برای توضیح دادن چگونگی تعامل بقایای تپنده ستاره‌های منفجرشده در اعماق کیهان کشف کرده‌اند. 

 دانشمندان اهل آمریکا، ایتالیا و اسپانیا توجه خود را به یک منظومه دوتایی مرموز کیهانی به نام «PSR J۱۰۲۳+۰۰۳۸» یا به اختصار «J۱۰۲۳» معطوف کرده‌اند. منظومه J۱۰۲۳ از یک ستاره نوترونی با چرخش سریع تشکیل شده است که از ستاره کم‌جرم همراه خود تغذیه می‌کند و این ستاره یک قرص برافزایشی را در اطراف ستاره نوترونی ایجاد کرده است. همچنین، این ستاره نوترونی یک تپ‌اختر است و هنگام چرخش، پرتوهای دوقلوی قدرتمندی از نور را از قطب‌های مغناطیسی مخالف خود ساطع می‌کند و مانند یک فانوس دریایی می‌چرخد. 

منظومه J۱۰۲۳ نادر و برای مطالعه ارزشمند است زیرا این تپ‌اختر به وضوح بین حالت فعال خود که در آن از ستاره همراه تغذیه می‌کند، و حالت غیرفعال‌تر که در آن تپش‌های قابل تشخیص را به صورت امواج رادیویی انتشار می‌دهد، در حال گذار است. این امر آن را به یک «تپ‌اختر انتقالی میلی‌ثانیه‌ای» تبدیل می‌کند. «ماریا کریستینا باگلیو» (Maria Cristina Baglio) پژوهشگر «رصدخانه بررا» (Brera Observatory) در ایتالیا و پژوهشگر ارشد این پروژه گفت: تپ‌اخترهای میلی‌ثانیه‌ای، آزمایشگاه‌های کیهانی هستند و به ما برای درک چگونگی تکامل ستاره‌های نوترونی در منظومه‌های دوتایی کمک می‌کنند. 

پرسش بزرگ دانشمندان درباره این منظومه تپ‌اختری این بود که پرتوهای ایکس از کجا سرچشمه می‌گیرند. پاسخ این پرسش، نظریه‌های گسترده‌تری را درباره شتاب ذرات، فیزیک برافزایش و محیط‌های اطراف ستاره‌های نوترونی در سراسر کیهان ارائه می‌دهد. 

منبع انرژی این منظومه تپ‌اختری، پژوهشگران را شگفت‌زده کرد. پرتوهای ایکس از باد تپ‌اخترها می‌آمدند که ترکیبی آشفته از گازها، امواج ضربه‌ای، میدان‌های مغناطیسی و ذراتی بود که با سرعتی نزدیک به سرعت نور شتاب گرفته‌اند و به قرص برافزایشی برخورد می‌کنند. 

ستاره‌شناسان قطبش پرتو ایکس را با IXPE، تنها تلسکوپی که قادر به انجام این اندازه‌گیری در فضاست، مورد بررسی قرار دادند و آن را با قطبش نوری بررسی‌شده توسط «تلسکوپ بسیار بزرگ» (VLT) رصدخانه جنوبی اروپا در شیلی مقایسه کردند. تلسکوپ IXPE در دسامبر ۲۰۲۱ پرتاب شد و از آن زمان مشاهدات زیادی را از تپ‌اخترها به دست آورده است اما J۱۰۲۳ اولین منظومه در نوع خود بود که مورد بررسی قرار گرفت. 

«کاوشگر ترکیب داخلی ستاره نوترونی» (NICER) و «رصدخانه نیل گرلز سویفت» (Neil Gehrels Swift Observatory) نیز مشاهدات ارزشمندی را درباره این منظومه در نور پرانرژی ارائه دادند. از دیگر تلسکوپ‌هایی که در این زمینه کمک کردند می‌توان به «آرایه بسیار بزرگ کارل جی. جانسکی» (Karl G. Jansky Very Large Array) در نیومکزیکو اشاره کرد. 

پژوهشگران در نتیجه این بررسی‌ها، زاویه قطبش یکسانی را در طول موج‌های گوناگون یافتند. «فرانچسکو کوتی زلاتی» (Francesco Coti Zelati) پژوهشگر «موسسه علوم فضایی» (ICE-CSIC) در اسپانیا گفت: این یافته‌ها شواهد قانع‌کننده‌ای هستند که نشان می‌دهند یک مکانیسم فیزیکی واحد و منسجم، زیربنای نوری است که ما مشاهده می‌کنیم. 

پژوهشگران گفتند که این تفسیر، دانش متعارف را درباره انتشار تابش ستاره‌های نوترونی در منظومه‌های دوتایی به چالش می‌کشد. مدل‌های پیشین نشان داده بودند که پرتوهای ایکس از قرص برافزایشی می‌آیند اما این پژوهش جدید نشان می‌دهد که آن‌ها از باد تپ‌اخترها سرچشمه می‌گیرند. 

«فیلیپ کارت» (Philip Kaaret) اخترفیزیکدان «مرکز پروازهای فضایی مارشال» ناسا و پژوهشگر ارشد پروژه IXPE گفت: IXPE تپ‌اخترهای منزوی زیادی را مشاهده کرده و نشان داده است که باد تپ‌اخترها پرتوهای ایکس را تغذیه می‌کند. این مشاهدات جدید نشان می‌دهند که باد تپ‌اخترها بیشتر انرژی خروجی منظومه را تأمین می‌کنند. 

ستاره‌شناسان همچنان به مطالعه‌ی تپ‌اخترهای میلی‌ثانیه‌ای ادامه می‌دهند و چگونگی مقایسه سازوکارهای فیزیکی مشاهده‌شده را با سازوکارهای سایر تپ‌اخترها و سحابی‌ها مقایسه می‌کنند. اطلاعات حاصل از این مشاهدات می‌توانند به اصلاح مدل‌های نظری توصیف‌کننده نحوه تولید تابش توسط بادهای تپ‌اختری کمک کنند و پژوهشگران را یک گام به درک کامل سازوکارهای فیزیکی مؤثر در این منظومه‌های کیهانی خارق‌العاده نزدیک‌تر کنند. 

این پژوهش در «The Astrophysical Journal Letters» به چاپ رسید.