اولین مغنااختر در کهکشانی دیگر نقاب از رخ برکشید: ستاره‌ای که می‌لرزد

گروهی از اخترشناسان آمریکایی و کانادایی در مقاله‌ای که در نشریات نیچر و نیچر آسترونومی منتشر و نتایج آن را در  اجلاس مجازی انجمن نجوم آمریکا ارائه کرده‌اند، خبر دادند که برای اولین‌بار و به حتم یقین موفق شده‌اند یک مغنااختر شراره‌ای را در کهکشانی دیگر کشف کنند.

همواره تصور بر این بود که مغنااخترها که اجرام ستاره‌ای فوق مغناطیسی‌اند، مسئول بعضی از انفجارهای بسیار پرانرژی در کهکشان‌های نزدیک باشند اما تاکنون هیچ‌کس موفق نشده بود این فرضیه را ثابت کند. پیش‌ازاین، اخترشناسان مغنااخترهای شراره‌ای را در کهکشان راه‌شیری رصد کرده بودند اما این اجرام درخشان به‌حدی پرنور هستند که ممکن نیست بتوان به آنها نگاه دقیقی انداخت. همچنین در کهکشان‌های دیگر رصدهای کوتاهی ثبت شده بود اما هیچ‌کدام هرگز به این دقت نبودند.

به‌گفته این دانشمندان، 15 آوریل 2020، اولین علامت از این مغنااختر به‌صورت انفجاری از پرتوهای گاما و پرتوهای ایکس نمایان شد. پنج تلسکوپ فضایی شامل تلسکوپ فضایی پرتو گامای فرمی و مدارگرد مارس اودیسه این انفجار را رصد کردند و اطلاعات کافی برای ردیابی چشمه این انفجار را در اختیار دانشمندان گذاشتند.

پژوهش‌ها نشان داد که چشمه این انفجار پرتو ایکس و گاما در کهکشان NGC 253 یا کهکشان سنگ‌تراش در فاصله 11.4 میلیون سال نوری از زمین قرار دارد.

در ابتدا، اخترشناسان تصور کردند که این انفجار نوعی از انفجار کوتاه پرتو گاما یا GRB است که معمولا در اثر برخورد ستاره‌های نوترونی یا سایر رویدادهای ویرانگر کیهانی به‌وجود می‌آید. اما این علامت برای اینکه یک جی.آر.بیِ کوتاه باشد کمی عجیب بود. زیرا در مدت‌زمان فقط 2 میلی‌ثانیه به‌سرعت به حداکثر میزان درخشش رسید و بعد برای 50 میلی‌ثانیه دیگر عقب کشید و به‌نظر رسید که پس‌از حدود 140 میلی‌ثانیه تمام شده است. با کمرنگ‌شدن علامت، بعضی از تلسکوپ‌ها نوسانات نوری را که سریع‌تر از یک میلی‌ثانیه تغییر می‌کردند، تشخیص دادند.

«الیور رابرتز»، اخترفیزیکدان انجمن پژوهش‌های فضایی دانشگاه‌ها در هانتسویل در این‌خصوص می‌گوید: «انفجارهای پرتورهای گامایی معمولی کوتاه که نتیجه برخورد ستاره نوترونی‌اند چنین تغییری ندارند اما در مورد مغنااخترهای شراره‌ایِ کهکشان خودمان باید گفت که وقتی این اجرام چرخش می‌کنند شراره‌های نور به‌صورت نقاطی درخشان، می‌آیند و می‌روند.»

پس‌از ثبت این رویداد اولیه‌، تلسکوپ فرمی به‌طرز شگفت‌انگیزی توانست پرتوهای گامای با انرژی بالاتر از یک گیگاالکترون‌ولت را که چهار دقیقه پس‌از انفجار اولیه از راه رسیدند رصد کند و این‌ درحالی بود که هیچ‌یک از چشمه‌های شناخته‌شده جی.آر.بیِ کوتاه قادر به انجام چنین انفجاری نیستند.

کوین کارلی از دانشگاه کالیفرنیا در برکلی در این‌خصوص توضیح می‌دهد: «ما در یک کهکشان نزدیک مغنااختری را کشف کردیم که انگار نقاب زده بود و ما نقاب از چهره‌اش برداشتیم.»

این پژوهشگران معتقدند شراره‌ای که رصد کرده‌اند برآمده از اختر‌لرزه‌ای عظیم باشد که بزرگای آن برابر با یک‌هزار تریلیون‌تریلیون یا 10 به توان 27 برابر بزرگ‌تر از زمین‌لرزه با بزرگای 9.5 است که سال 1960 در شیلی ثبت شد. اخترلرزه یا ستاره‌لرزه (Starquak) زلزله‌ای شبیه زمین‌لرزه است با این ‌تفاوت که در مغنااخترها رخ می‌دهد.

تا امروز، دانشمندان فقط 23 مغنااختر را شناسایی کرده‌اند و روی این اجرام ستاره‌ای مغناطیسی سه اخترلرزه را به‌ترتیب در سال‌های 1979، 1998 و 2004 ثبت کرده‌اند. اکنون نتایج این کشف جدید پیشنهاد می‌دهد که دست‌کم بعضی‌ از علامت‌هایی که به‌نظر می‌رسند GRBهای کوتاه باشند درواقع از شراره‌های مغنااختر تابش شده‌اند و بنابراین، ممکن است حاصل یک رویداد اخترلرزه‌ای باشند.

مغنااختر چیست؟

مغنااختر (magnetar که مخفف عبارت Magnetic Star به‌معنی «ستاره مغناطیسی» است‌) ستاره‌ای نوترونی است که دارای میدان مغناطیسی عظیمی است که میلیاردها برابر میدان مغناطیسی زمین است و از واپاشی آن تابش‌های فراوان و بسیار شدید الکترومغناطیسی به‌ویژه پرتوهای ایکس و پرتوهای گاما و در موارد بسیار نادر بسامدهای رادیویی حاصل می‌شود.

نخستین‌بار، رابرت دانکن و کریستوف تامپسون در سال 1992 نظریه‌ای را درباره این اجرام ستاره‌ای مغناطیسی ارائه کردند و یک‌ دهه بعد، فرضیه مغنااختر به‌عنوان توضیحی فیزیکی برای اجرام خاص شناخته‌شده‌ای مثل «تپ‌اختر غیرعادی پرتو ایکس» و «گاما نرم تکرارکننده» به‌طور گسترده از سوی جامعه نجوم در سطح جهانی پذیرفته شد.

زمانی‌ که در مدت یک انفجار ابرنواختری، یک ستاره‌ به یک ستاره نوترونی رُمبِش می‌کند میدان مغناطیسی‌اش قوت می‌گیرد و همان‌طورکه ابعادش به نصف می‌‌رسد قدرت میدان مغناطیسی‌اش چهار برابر می‌شود. دانکن و تامپسون محاسبه کردند که وقتی میدان مغناطیسی یک ستاره نوترونی که به‌طورعادی حدود 10 به توان 8 تسلا است به بیش‌از 10 به‌توان 11 تسلا برابر با 10 به‌توان 15 گاوس برسد ستاره نوترونی به مغنااختر تبدیل شده است.

یک ابرنواختر، طی انفجار، حدود 10درصد از جرم خودش را از دست می‌دهد. ستاره‌های بسیار بزرگتری که بین 10 تا 30 برابر جرم خورشید هستند و درپی انفجار به سیاهچاله تبدیل نمی‌شوند در چنین رویدادی، حدود 80 درصد از جرم خودشان را از دست می‌دهند. اعتقاد بر این‌ است که از هر 10 ابرنواختر حدود 1 ابرنواختر به‌جای اینکه به ستاره نوترونی و تپ‌اختر تبدیل شود به مغنااختر تبدیل می‌شود.

این اتفاق زمانی رخ می‌دهد که ستاره چرخش بسیار سریع و نیروی مغناطیسی بسیار قوی داشته باشد. همچنین دانشمندان بر این باورند که میدان مغناطیسی مغنااختر نتیجه یک حرکت همرفتی مواد گرم به هسته ستاره نوترونی باشد که حدود 10 ثانیه اول زندگی ستاره انجام می‌شود.

در لایه‌های بیرونی مغنااختر، تنش‌های ناشی از خطوط نیروی میدان مغناطیسی ستاره‌ می‌توانند به اخترلرزه منجر شوند. این امواج لرزه‌ای به‌شدت پرانرژی هستند و سبب تابش قوی پرتوهای ایکس و گاما می‌شوند. زندگی فعال مغنااختر بسیار کوتاه است. به‌طوری‌که، میدان‌های مغناطیسی قوی بعد از حدود 10هزار سال رو به زوال و واپاشی می‌روند. به‌همین‌علت، تصور می‌شود که کهکشان راه‌شیری به احتمال بسیار زیاد مملو از مغنااخترهای خاموش باشد.

نمونه‌هایی از مغنااخترهای شناخته‌شده

• مغنااختر 4U 0142+61 در فاصله 13هزار سال نوری از زمین در صورت فلکی ذات‌الکرسی
• مغنااختر SGR 0418+5729 در فاصله حدود 6هزارو500 سال نوری از زمین با میدان مغناطیسی یک‌میلیون‌میلیارد گاوس
• مغنااختر SGR 1806-20 در فاصله 50هزار سال نوری از زمین در صورت فلکی قوس
• مغنااختر 1E 1048.1-5937 در فاصله 9هزار سال نوری در صورت فلکی شاه‌‌تخته. ستاره‌ای که این مغنااختر از آن به‌وجود آمده جرمی حدود 30 تا 40 برابر جرم خورشید داشته است