یک ستاره‌ی بیوه‌ی سیاه در حال بلعیدن همدم خود مشاهده شد
چشمک زدن یک ستاره‌ی نزدیک، اخترشناسان مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) را به سمت شناسایی یک سیستم بیوه‌ی سیاه جدید و مرموز در فاصله‌ی ۳۰۰۰ سال نوری از زمین سوق داده است.
به‌نظر می‌رسد که جرم عجیب ستاره‌ای تازه کشف شده، یک «دوتایی بیوه‌ی سیاه» (Black-Widow Binary) جدید باشد. یک ستاره‌ی نوترونی یا تپ‌اختری که به سرعت در حال چرخش است و به آرامی ستاره‌ی کوچک‌تر همدم خود را می‌بلعد؛ به همین دلیل هم نام عنکبوتی مشابه خودش را گرفته است که همین کار را با جفتش می‌کند.
اخترشناسان از وجود حدود بیست دوتایی بیوه‌ی سیاه در کهکشان راه شیری اطلاع دارند. این جدیدترین نامزد که ZTF J1406+1222 نام دارد، دارای کوتاه‌ترین دوره‌ی مداری شناسایی شده است به‌طوری که تپ‌اختر (Pulsar) و ستاره‌ی همراه آن تنها در هر ۶۲ دقیقه به دور هم می‌چرخند.
این منظومه همچنین از این نظر منحصربه‌فرد است که به‌نظر می‌رسد میزبان سومین ستاره‌ی دوردست است که هر ۱۰ هزار سال یک بار به دور دو ستاره‌ی درونی می‌چرخد. بر اساس مشاهدات، مانند اکثر دوتایی‌های بیوه‌ی سیاه، این سیستم سه‌گانه هم احتمالا از مجموعه‌ای متراکم از ستارگان قدیمی که به‌عنوان خوشه‌ی کروی شناخته می‌شوند، پدید آمده است.
این خوشه‌ی خاص ممکن است به سمت مرکز کهکشان راه شیری حرکت کرده باشد که در آن گرانش سیاهچاله‌ی مرکزی (کمان ای*) برای جدا کردن خوشه کافی بوده و در عین حال این سه ستاره را دست‌نخورده باقی گذاشته است. «کوین برج» (Kevin Burdge) پژوهشگر پسادکترای MIT گفت: «این یک سناریوی تولد پیچیده است. این منظومه احتمالا بیش از خورشید در راه شیری شناور بوده است.»
در حالی که بیشتر دوتایی‌های بیوه‌ی سیاه با تابش پرتو گاما و ایکس از تپ‌اختر مرکزی یافت می‌شوند، تیم پژوهشی این بار در روشی تازه، از نور مرئی و به‌طور خاص چشمک زدن ستاره‌ی همدم برای تشخیص ZTF J1406+1222 استفاده کرد.
برج خاطرنشان کرد: «این منظومه در میان بیوه‌های سیاهر شناسایی شده، واقعا منحصربه‌فرد است، چون آن را با نور مرئی و به دلیل همدم گسترده‌اش، و این واقعیت که از مرکز کهکشان آمده است، تشخیص دادیم. هنوز چیزهای زیادی را درباره‌ی آن درک نمی‌کنیم اما اکنون روش جدیدی برای جست‌وجوی این سیستم‌ها در آسمان داریم.»
نویسندگان این مطالعه، همکارانی از چندین مؤسسه، از جمله دانشگاه وارویک، مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا، دانشگاه واشنگتن، دانشگاه مک گیل و دانشگاه مریلند هستند.
روش تشخیص تازه
دوتایی‌های بیوه‌ی سیاه توسط تپ‌اخترها، ستاره‌های نوترونی با چرخش بسیار سریع که هسته‌های فروپاشیده‌ی ستارگان پرجرم هستند، نیرو می‌گیرند. تپ‌اخترها چرخشی شگفت‌آور دارند و هر چند میلی‌ثانیه به دور خود می‌چرخند که در این فرآیند، فلاش‌هایی از پرتوهای پرانرژی گاما و ایکس گسیل می‌کنند.
تپ‌اخترها معمولا هم‌زمان با سوزاندن مقدار زیادی انرژی به‌سرعت می‌چرخند و می‌میرند. اما هر چند وقت یک‌بار، یک ستاره‌ی در حال گذر می‌تواند به یک تپ اختر جان تازه‌ای بدهد. با نزدیک شدن ستاره، گرانش شدید تپ‌اختر موادی را از ستاره به بیرون می‌کشد و سوخت تازه‌ای برای افزایش چرخش تپ‌اختر فراهم می‌کند. تپ‌اختر بازیابی شده سپس دوباره انرژی گسیل می‌کند که باعث می‌شود مواد بیشتری از ستاره را ببلعد و در نهایت آن را از بین ببرد.
بدین ترتیب این سیستم‌های ستاره‌ای، به این دلیل بیوه‌های سیاه نامیده می‌شوند که تپ‌اختر، همدم خود را برای بازیابی خود مصرف می‌کند؛ درست همان‌طور کهعنکبوت بیوه‌ی سیاه جفت خود را می‌خورد.
تا کنون هر دوتایی بیوه‌ی سیاه توسط فلاش‌های پرتوهای گاما و ایکس تپ‌اختر شناسایی شده بود اما برج، دوتایی ZTF J1406+1222 را از طریق چشمک زدن همدم ستاره‌ای تشخیص داد. به‌نظر می‌رسد که سمت روز ستاره‌ی همدم، یعنی سمتی که همیشه رو به تپ‌اختر است، به دلیل تابش پر انرژی ثابتی که از تپ‌اختر دریافت می‌کند، چندین برابر داغ‌تر از سمت شب آن باشد.
برج درباره‌ی این روش شناسایی گفت: «من فکر کردم، می‌توانیم به جای اینکه مستقیما به دنبال تپ‌اختر بگردیم، سعی کنیم به دنبال ستاره‌ای باشیم که تپ‌اختر مشغول پختن آن است.»
طبق استدلال او، اگر اخترشناسان ستاره‌ای را رصد کنند که درخشندگی آن به‌طور متناوب و به میزان زیادی تغییر می‌کند، نشان‌دهنده‌ای قوی از این موضوع است که در یک دوتایی (باینری) با یک تپ‌اختر قرار دارد.
تأیید با حرکت ستاره
برای آزمایش این نظریه، پژوهشگران داده‌های نوری ثبت شده توسط «تأسیسات گذر تسوئیکی» (Zwicky Transient Facility) را که رصدخانه‌ی قرار گرفته در کالیفرنیا است و تصاویر میدانی وسیعی از آسمان شب می‌گیرد، بررسی کردند.
این تیم پژوهشی با بررسی ستارگان، به دنبال تغییرات چشمگیر روشنایی آن‌ها با ضریب ۱۰ یا بیشتر، در مقیاس زمانی حدود یک ساعت یا کمتر بود. این نشانه‌ها حضور ستاره‌ی همدمی را که به دور یک تپ‌اختر می‌چرخد، بیان می‌کنند.
بدین ترتیب این تیم توانست ده‌ها دوتایی بیوه‌ی سیاه را انتخاب و دقت روش جدید را تأیید کند. سپس ستاره‌ای را مشاهده کردند که درخشندگی آن با ضریب ۱۳ و در هر ۶۲ دقیقه تغییر می‌کرد که نشان می‌داد احتمالا بخشی از یک دوتایی بیوه‌ی سیاه تازه است و آن را ZTF J1406+1222 نامگذاری کردند.
در ادامه دانشمندان ستاره را در رصدهای انجام شده توسط تلسکوپ فضایی «گایا» (Gaia) آژانس فضایی اروپا جست‌وجو کردند. همچنین با نگاه به اندازه‌گیری‌های قدیمی ستاره توسط «نقشه‌برداری آسمانی دیجیتال اسلون» (Sloan Digital Sky Survey) دریافتند که یک ستاره‌ی دوردست دیگر هم این دوتایی را دنبال می‌کند و مدار آن را ۱۰۰۰۰ سال محاسبه کردند.
با این وجود، اینکه اخترشناسان مستقیما تشعشعات گاما یا اشعه ایکس را از این تپ‌اختر تشخیص نداده‌اند، که روش معمول شناسایی دوتایی‌های بیوه‌ی سیاه به‌شمار می‌رود، عجیب است. بنابراین ZTF J1406 + 1222 فعلا یک نامزد دوتایی بیوه‌ی سیاه در نظر گرفته می‌شود و تیم پژوهشی امیدوار است با مشاهدات آینده بتواند آن را تأیید کند.
برج گفت: «تنها چیزی که با اطمینان می‌دانیم این است که ستاره‌ای را می‌بینیم که سمت روز آن بسیار داغ‌تر از سمت شب است و هر ۶۲ دقیقه به دور چیزی می‌چرخد. همه چیز نشان می‌دهد که یک دوتایی بیوه‌ی سیاه است اما چند مورد عجیب هم درباره‌ی آن وجود دارد و ممکن است چیزی کاملا جدید باشد.»
این تیم همچنین قصد دارد از روش نوری برای شناسایی ستاره‌های نوترونی و بیوه‌های سیاه بیشتر در آسمان استفاده کند.
عکس کاور: طرحی گرافیکی از یک تپ‌اختر در حال بلعیدن ستاره‌ی همدم
Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center / Cruz deWilde
