ابرنواختر چیست؟

ابرنواختر از انفجار یک ستاره به وجود می‌آید. این انفجارها پرانرژی‌ترین رخدادهایی هستند که در کیهان اتفاق می‌افتند. ابرنواخترها را اغلب می‌توان در کهکشان‌های دیگر دید. دیدن ابرنواخترهایی که در کهکشان ما وجود دارند؛ کار مشکلی است. زیرا غبار کهکشان جلوی دید ما را گرفته است.

چه چیزی باعث به وجود آمدن ابرنواختر می‌شود؟

ابرنواختر زمانی به وجود می‌آید که تغییری در هسته یا مرکز ستاره به وجود آمده باشد. این تغییر می‌تواند به دو شکل متفاوت اتفاق بیفتد که در نهایت هم منجر به ایجاد یک ابرنواختر می‌شود.
ستارگانی با جرمی کمتر از 8 برابر جرم خورشید، تبدیل به ابرنواختر گونه‌ی اول می‌شوند. این دسته از ستارگان نیاز به یک همدم در یک سیستم ستاره‌ای دوتایی دارند. ستاره‌های دوتایی ستارگانی هستند که به دور مرکز جرم مشترکشان می‌چرخند. اگر یکی از ستارگان این سیستم، یک کوتوله‌ی سفید کربن- اکسیژن باشد؛ مواد ستاره‌ی همدم خود را جذب کرده و می‌بلعد. در نهایت این کوتوله‌ی سفید آنقدر مواد را انباشته می‌کند که به حد بالای جرمی به نام جرم چاندراسکار می‌رسد. جرم چاندراسکار تقریبا برابر با 1.4 جرم خورشید می‌باشد. سرانجام این ستاره منفجر شده و یک ابرنواختر متولد می‌شود.
ابرنواختر گونه‌ی دوم در پایان عمر یک ستاره به وجود می‌آید. اگر جرم ستاره بیشتر از 8 برابر جرم خورشید باشد. آنقدر به روند تکاملی خود ادامه می‌دهد تا سوخت هسته‌ای آن تمام می‌شود. در این شرایط بخشی از جرم ستاره به روی هسته فرومی‌ریزد. در نهایت هسته‌ی ستاره آنقدر سنگین می‌شود که نمی‌تواند در برابر نیروی گرانشی خود تاب بیاورد. هسته فرومی‌پاشد و منجر به انفجار بزرگی می‌شود که یک ابرنواختر را به وجود می‌آورد. در این شرایط چیزی که از ستاره باقی می‌ماند؛ به دلیل فشردگی زیاد ممکن است به یک ستاره‌ی نوترونی و یا یک سیاه‌چاله تبدیل شود. خورشید ما جرم کافی برای تبدیل شدن به یک ابرنواختر را ندارد.

 

طبقه‌بندی ابرنواخترها بر اساس طیف و منحنی نوری

اساسا ابرنواخترها را با توجه به طیفشان به دو دسته‌ی نوع I و نوع II تقسیم می‌کنند. تفاوت میان این دسته‌ها در وجود یا عدم وجود هیدروژن در طیف این ابرنواخترهاست. ابرنواختر نوع II در طیف خود هیدروژن دارد. به این ترتیب اگر طیفی در کار نباشد؛ نمی‌توان ابرنواختر را در دسته‌ای قرار داد. در سال‌های اخیر پیشنهاد شد که بهتر است تمام ابرنواخترها را تنها به دو دسته تقسیم نکنیم. زیرا تمام آنها یک جور نیستند. به این ترتیب ابرنواختر نوع I به سه دسته‌ی (Ia, Ib, Ic) و ابرنواخترهای نوع II به 4 دسته‌ی (II-L, II-P, IIn و IIb) تقسیم شدند.
به نظر می‌رسد ابط‌‌الجوزا نیز پس از تبدیل شدن به ابرنواختر در دسته‌ی نوع II قرار بگیرد. اخیرا این ستاره تغییرات نری بسیار زیادی از خود نشان داده است و دانشمندان حدس می‌زنند در حال تبدیل شدن به یک ابرنواختر باشد. جزئیات بیشتر در این زمینه را می‌توانید از این لینک دریافت کنید.

انفجارهای گرماهسته‌ای

ابرنواختر نوع Ia: این نوع از ابرنواخترها به دو دلیل معروف‌ترین آنها محسوب می‌شوند. بیشتر ابرنواخترهایی که پیدا می‌کنیم جز این دسته هستند و می‌توان از آنها در کیهانشناسی استفاده نمود. منحنی نوری این دسته از ابرنواخترها برای اندازه‌گیری میزان درخشندگی مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این حال منشا این انفجارها هنوز دقیقا مشخص نیست. این نوع از ابرنواخترها احتمالا به دلیل انفجارهای گرماهسته‌ای کوتوله‌های سفید به وجود می‌آیند. اما کاملا مشخص نیست که این انفجارها از کوتوله‌های سفید تکی یا کوتوله‌های سفید موجود در یک سیستم دوتایی نشات گرفته باشند. تفاوت میان ابرنواخترهای نوع Ia و انواع Ib/c در این است که نوع Ia در نزدیکی بیشینه درخشندگی خود، خط جذبی شدیدی در طول موج 6150 آنگستروم مربوط به سیلیکون دارد.
انفجارهای ناشی از فروریزش هسته
ابرنواختر نوع Ib: این ابرنواخترها زمانی به وجود می‌آیند که هسته‌ی یک ستاره تحت گرانش شدید خود فرومی‌پاشد. احتمالا این ستارگان پوشش بیرونی محتوی هیدروژن خود را به طور کامل از بین می‌برند؛ زیرا در طیف آنها هیچ گونه هیدروژنی دیده نمی‌شود. نوع Ib درخشندگی کمتری دارد و طیف آنها خط جذبی سیلیکون را نشان نمی‌دهد. یکی دیگر از ویژگی‌ها ابرنواخترهای نوع Ib این است که پرتوهای رادیویی قدرتمندی را منتشر می‌کنند. در این ابرنواخترها می‌توان خط جذبی هلیوم را مشاهده نمود.
ابرنواختر نوع Ic: این ابرنواخترها نیز به دلیل فروریزش هسته به وجود می‌آیند. این ستارگان در مراحل تکاملی خود هم هیدروژن و هلیوم را سوزانده و تمام می‌کنند. به همین دلیل نوع Ic نه خط جذبی هیدروژن و نه خط جذبی مربوط به هلیوم با طول موج 5876 آنگستروم را نشان نمی‌دهد و همین موضوع سبب می‌شود که از نوع Ib متمایز باشد.

ابرنواختر نوع Ic – BL: حروف BL مخفف Broad Lined می‌باشد. برخی از ابرنواخترهای نوع Ic خطوط طیفی بسیار پهنی دارند که در مقایسه با نوع معمولی Ic، نشان دهنده‌ی سرعت 20000 کلیومتر بر ثانیه‌ای ماده می‌باشد. به همین ترتیب این ابرنواخترها انرژی جنبشی بیشتری نسبت به نوع معمولی Ic دارند. اما منشا این انرژی عظیم هنوز ناشناخته است.

ابرنواختر نوع (GRB (gamma-ray burst: برخی از ابرنواخترهای Ic – BL انفجارهای پرتوی گاما را نشان می‌دهند. به نظر می‌رسد این پدیده به دلیل فروپاشی یک ستاره‌ی پرجرم با ایجاد جتی به سمت ما به وجود آمده باشد. ممکن است که تمامی ابرنواخترهای نوع Ic – BL دارای انفجارهای پرتوی گاما باشند. اما امکان دارد این جت‌ها به سمت ما پرتاب نشوند. با این حال هنوز چنین چیزی ثابت نشده است.

ابرنواخترهای ابر درخشنده Type I/II SLSNe: حروف SLSNe مخفف Superluminous Supernovae می‌باشد. این دسته زیرمجموعه‌ای از تمام ابرنواخترها هستند و به نظر می‌رسد 100 برابر بیشتر از اکثر ابرنواخترها روشنایی دارند. SLSNe مانند ابرنواخترهای معمولی به دو دسته‌ی نوع I (بدون هیدروژن) و II (دارای هیدروژن) تقسیم می‌شود. نوع  II SLSNe بسیار شبیه به نوع IIn  است و می‌تواند نوع بسیار قدرتمندتری از این انفجارها باشد. این در حالی است که مکانیک مربوط به نوع  I SLSNe هنوز جای بحث بسیاری دارد.

ابرنواخترها نوع IIn: این دسته از ابرنواخترها خطوط هیدروژن بسیار نازکی در طیف خود دارند. این پدیده این گونه تفسیر می‌شود که پیش از انفجار ستاره، این هیدروژن‌ها طی فوران‌های متعددی از ستاره خارج شده‌اند. به عنوان مثال برخی از این نوع ابرنواخترها مانند SN 2009ip، پیش از آخرین انفجار خود، فوران‌های شدیدی داشته است.

ابرنواخترهای نوع IIP/II L: این ابرنواخترها خطوط هیدروژن نسبتا پهنی دارند. به نظر می‌رسد که این انفجارها مربوط به مرگ ابرغول‌های سرخ باشد. نوع II-L به آن دسته از ابرنواخترهایی گفته می‌شود که منحنی نوری خطی دارند. در حالی که نوع II-P منحنی نوری پلاتو (فلات شکل) دارد.

ابرنواخترهای نوع IIb: در این ابرنواخترها تغییراتی در ویژگی طیفی دیده می‌شود. طیف این ابرنواخترها با خط‌های هیدروژن شدیدی شروع می‌شود و به همین دلیل می‌تواند عضوی از ابرنواخترهای نوع II باشند. اما در انتهای طیف هیدروژن خود را از دست داده  و شبیه به نوع Ib/c خطوط جذبی هلیوم را نشان می‌دهند. این ابرنواخترها احتمالا مربوط به ستارگانی هستند که بخشی از هیدروژن خود را در فرآیند تکاملی از دست داده‌اند.

چرا ابرنواخترها را مطالعه می‌کنیم؟

انرژی آزاد شده از فروپاشی هسته‌ی یک ستاره و انفجار ابرنواختری حدود 46^10 ژول است. تقریبا تمام این انرژی (99 درصد) به شکل نوترینو تابش می‌شود و انرژی مکانیکی 44^10 ژول را بر جای می‌گذارد. این انرژی برای پرتاب ماده با سرعتی بیش از 10000 کیلومتر بر ثانیه کافی است.
ابرنواخترها تنها برای مدت کوتاهی وجود خواهند داشت. اما اطلاعات بسیار زیادی را در مورد کیهان در اختیار دانشمندان قرار می‌دهند.  یکی از ابرنواخترهای شناخته شده به دانشمندان نشان داده که جهان ما در حال انبساط است.

همچنین آنها دریافته‌اند که ابرنواخترها نقش بسیار مهمی را در توزیع عناصر در سطح جهان ایفا می‌کنند. ستارگان پرجرم عناصر سنگین (Z ≥ 4) را تولید می‌کنند و از طریق بادهای ستاره‌ای یا انفجار، عناصر و مواد خود را به درون کهکشان پرتاب می‌کنند. بسیاری از عناصری که در زمین پیدا کرده‌ایم؛ در هسته‌ی ستارگان ساخته شده‌اند. این عناصر آنقدر در فضا حرکت می‌کنند تا ستاره، سیاره یا هر چیز دیگری را در جهان به وجود بیاورند.

از ابرنواخترهای نوع Ia می‌توان در کیهان‌شناسی استفاده نمود. در گذشته انواع مختلفی از کهکشان‌ها به عنوان کاندیدی برای انتخاب شمع استاندارد پیشنهاد شد. شمع استاندارد یک جرم نجومی با درخشندگی معین است که برای تعیین فاصله‌ی اجرام کیهانی از آن استفاده می‌شود. اما بعدها مشخص شد که هرگونه وابستگی کیهانی این کهکشان‌ها، تحت تاثیر فرآیندهای تکاملیشان قرار دارد.

در عوض ابرنواخترها اطلاعات بیشتری همچون میزان کاهش در منحنی نوری، تغییر در شاخص رنگ و ویژگی‌های طیفی با کاهش نور را ارائه می‌دهند. علاوه بر این به نظر می‌رسد که ابرنواخترهای نوع Ia از انفجارهای گرما هسته‌ای کوتوله‌های سفید کربن-اکسیژن به وجود آمده باشند. به این ترتیب یکنواختی جرم و شباهت ترکیب‌های شیمیایی ستارگان تشکیل‌دهنده‌ی ابرنواخترهای نوع Ia نشان می‌دهد که چرا این ابرنواخترها می‌توانند شمع استاندارد مناسبی باشند. به عبارت دیگر عدم تنوع آنها دلیل این انتخاب می‌باشد. از طرف دیگر رخدادهای ناشی از فروپاشی هسته را نمی‌توان کاندیدی برای شمع استاندارد دانست؛ زیرا قدر مطلق آنها طیف بسیار گسترده‌ای را در بر می‌گیرد.

دانشمندان ناسا چگونه به دنبال ابرنواخترها می‌گردند؟

دانشمندان از تلسکوپ‌های مختلفی برای جستجوی ابرنواخترها استفاده می‌کنند. برخی از این تلسکوپ‌ها برای مشاهده‌ی نور مرئی به وجود آمده از این انفجارها مورد استفاده قرار می‌گیرند. برخی دیگر اطلاعات مربوط به طیف پرتو ایکس یا پرتوهای گامای تولید شده را ثبت می‌کنند. تلسکوپ هابل و رصدخانه‌ی پرتوی ایکس چاندرا تاکنون عکس‌هایی را از این ابرنواخترها گرفته‌اند.
در ژوئن 2012، ناسا اولین تلسکوپ مدارگردی را به فضا پرتاب کرد که به دنبال نورهای ناحیه‌ی انرژی بالای طیف الکترومغناطیسی بود. ماموریت NuSTAR  به دنبال ستارگان فروپاشیده و سیاه‌چاله‌ها می‌گردد. همچنین به دنبال یافتن باقیمانده‌ی ابرنواخترها می‌باشد.

آیا می‌توانید در جستجوی ابرنواخترها کمک کنید؟

لازم نیست که حتما دانشمند باشید یا حتی تلسکوپ داشته باشید. به عنوان مثال در سال 2008 یک نوجوان توانست یک ابرنواختر را کشف کند. سپس در ژانویه‌ 2011 دختر 10 ساله‌ای از کانادا وقتی داشت عکس‌های آسمان شب را در کامپیوترش می‌دید متوجه وجود یک ابرنواختر شد. گاهی اوقات در عکس‌هایی که توسط ستاره‌شناسان آماتور گرفته می‌شود؛ ممکن است ابرنواختری شناخته نشده وجود داشته باشد. با کمی تمرین و تجهیزات مناسب، شاید ابرنواختر بعدی را شما پیدا کنید.
برای اطلاعات بیشتر می‌توانید مقاله‌ی سال 1993 L. Silva مربوط به طبقه‌بندی ابرنواخترها را از این لینک مطالعه کنید.

منابع: NASA ،adsab.harvard.edu ،astrobites