کشف ۲۹۴ تپ اختر جدید در بروزرسانی داده‌های تلسکوپ «فِرمی» ناسا

بررسی فهرست جدیدی که بر اساس داده‌های «تلسکوپ فضایی پرتو گامای فرمی» ناسا تهیه شده است، از کشف ۲۹۴ تپ‌اختر جدید حکایت دارد.

به گزارش ایسنا و به نقل از ناسا، فهرست جدیدی که توسط یک گروه بین‌المللی از ستاره‌شناسان به سرپرستی فرانسه تهیه شده، نشان می‌دهد «تلسکوپ فضایی پرتو گامای فرمی»(FGRST) ناسا ۲۹۴ تپ‌اختر ساطع‌کننده اشعه گاما را کشف کرده است و ۳۴ گزینه احتمالی دیگر نیز منتظر تایید هستند. این آمار ۲۷ برابر تعداد شناخته‌شده تپ‌اخترها پیش از پرتاب ماموریت در سال ۲۰۰۸ است.

«دیوید اسمیت»(David Smith)، مدیر تحقیقات «آزمایشگاه اخترفیزیک بوردو» در فرانسه، از اعضای «مرکز ملی تحقیقات علمی»(CNRS) فرانسه و هماهنگ‌کننده این پژوهش، گفت: تپ‌اخترها طیف گسترده‌ای از تحقیقات حوزه اخترفیزیک، از پرتوهای کیهانی و تکامل ستاره‌ها گرفته تا جستجوی امواج گرانشی و ماده تاریک را به خود اختصاص می‌دهند. این کاتالوگ جدید، اطلاعات کاملی را در مورد همه تپ‌اخترهای پرتوی گاما گردآوری می‌کند و راه‌های جدیدی را برای اکتشاف ارائه می‌دهد.

تپ‌اخترها نوعی ستاره نوترونی هستند که به عنوان یک ابرنواختر منفجر شده‌اند. ستاره‌های نوترونی حاوی جرم بیشتر از خورشید ما، متراکم‌ترین ماده‌ای را ارائه می‌دهند که ستاره‌شناسان می‌توانند مستقیما آنها را بررسی کنند. آنها میدان‌های مغناطیسی قوی دارند و جریان‌هایی از ذرات پرانرژی را تولید می‌کنند که به سرعت می‌چرخند و چرخش سریع‌ترین نمونه شناخته‌شده آنها ۷۱۶ بار در ثانیه است. علاوه بر این، تپ‌اخترها پرتوهای باریکی از انرژی را ساطع می‌کنند که مانند فانوس دریایی در فضا می‌درخشند و همراه با سایر اجرام می‌چرخند. هنگامی که یکی از این پرتوها از کنار زمین عبور می‌کند، ستاره‌شناسان یک پالس گسیل‌شده را تشخیص می‌دهند.

کاتالوگ جدید، حاصل کار ۱۷۰ دانشمند در سراسر جهان است. ۱۲ تلسکوپ رادیویی به نظارت منظم بر هزاران تپ‌اختر می‌پردازند و ستاره‌شناسان رادیویی به دنبال تپ‌اخترهای جدید در منابع پرتوی گامای کشف‌شده توسط تلسکوپ فرمی هستند. پژوهشگران دیگر، تپ‌اخترهای پرتوی گاما را که مشابه رادیویی ندارند، از طریق میلیون‌ها ساعت محاسبه رایانه‌ای کشف کرده‌اند. این فرآیند، «جستجوی کور» نامیده می‌شود.

«الیزابت هیس»(Elizabeth Hays)، دانشمند پروژه فرمی گفت: با وجود گذشتن بیش از ۱۵ سال پس از پرتاب فرمی، این تلسکوپ هنوز یک ماشین اکتشافی باورنکردنی باقی مانده است و تپ‌اخترها و ستاره‌های نوترونی در میان اکتشافات آن پیشتاز هستند.

از ۳۴۰۰ تپ‌اختر شناخته‌شده که بیشتر از طریق امواج رادیویی رصد شده‌اند و در کهکشان راه شیری قرار دارند، تنها حدود ۱۰ درصد آنها در پرتوهای گاما می‌تپند. نور مرئی دارای انرژی بین دو تا سه الکترون ولت است. دستگاه مهم تلسکوپ فرمی موسوم به «تلسکوپ منطقه بزرگ» می‌تواند پرتوهای گاما با میلیاردها برابر این انرژی را تشخیص دهد و سایر تجهیزات فرمی، تابش‌هایی را با انرژی هزاران برابر بیشتر از تپ‌اختر «بادبان»(Vela) مشاهده کرده‌اند که درخشان‌ترین منبع پایدار در آسمان برای فرمی است.

اجرام پیر و بی‌قرار

به طور متناقضی، تپ‌اخترهایی که هزاران برابر پیرتر هستند، بسیار سریع‌تر می‌چرخند. یک نمونه از این اجرام موسوم به «تپ‌اخترهای میلی‌ثانیه‌ای» (MSPs) تپ‌اختر «J۱۸۲۴-۲۴۵۲A» است که حدود ۳۲۸ بار در ثانیه می‌چرخد.

به لطف یک ترکیب عالی از روشنایی پرتوی گاما و کاهش سرعت چرخش نرم، تپ‌اختر میلی‌ثانیه‌ای «J۱۲۳۱-۱۴۱۱» یک تایمر ایده‌آل برای استفاده کردن در جستجوی امواج گرانشی است. ستاره‌شناسان امیدوارند که با نظارت کردن بر مجموعه‌ای از تپ‌اخترهای میلی‌ثانیه‌ای پایدار بتوانند تغییرات زمان‌بندی را به امواج گرانشی با فرکانس پایین انتقال دهند که توسط رصدخانه‌های گرانشی کنونی قابل شناسایی نیستند. این تپ‌اختر در یکی از اولین جستجوهای رادیویی کشف شد که منابع پرتوی گامای فرمی را هدف قرار می‌دهند. این منایع با هیچ همتای شناخته‌شده‌ای در طول موج‌های دیگر مرتبط نیستند. این روش به یک شکل استثنایی موفق بود.

«لوکاس گیلوموت»(Lucas Guillemot)، ستاره‌شناس «آزمایشگاه فیزیک و شیمی محیط زیست و فضا» در «دانشگاه اورلئان»(University of Orléans) فرانسه و از پژوهشگران این پروژه، گفت: پیش از پرتاب تلسکوپ فرمی، ما نمی‌دانستیم که تپ‌اخترهای میلی‌ثانیه‌ای در انرژی‌های بالا قابل دیدن هستند، اما فرمی نشان داد که آنها عمدتا در پرتوهای گاما می‌درخشند و اکنون نیمی از فهرست ما را تشکیل می‌دهند.

همراه با عنکبوت‌ها

وجود تپ‌اخترهای میلی‌ثانیه‌ای در منظومه‌های دوتایی، سرنخی را برای درک کردن پارادوکس چرخش سن ارائه می‌دهد. انتشارات یک تپ‌اختر که به حال خود رها شده است، سرعت آن را کاهش می‌دهند و با چرخش آهسته‌تر، انتشارات آن کم‌رنگ می‌شود، اما اگر تپ‌اختر از نزدیک با یک ستاره معمولی جفت شود، می‌تواند جریانی از ماده را از همراه خود بیرون بکشد که به مرور زمان تپ‌اختر را می‌چرخاند.

منظومه‌های موسوم به «منظومه عنکبوت»، یک نگاه اجمالی را به آن چیزی ارائه می‌دهند که در آینده رخ خواهد داد. آنها به ‌عنوان «پشت‌قرمزها» یا «بیوه‌های سیاه» طبقه‌بندی می‌شوند. این نام از عنکبوت‌هایی گرفته شده است که به خوردن جفت خود معروف هستند. بیوه‌های سیاه، همراهان سبکی دارند که جرم آنها کمتر از پنج درصد جرم خورشید است. این در حالی است که پشت‌قرمزها همراهان سنگین‌تری دارند. با چرخش تپ‌اختر، انتشارات و ذرات خروجی آن چنان نیرومند می‌شوند که تپ‌اختر گرم می‌شود و به آرامی همراه خود را تبخیر می‌کند. پرانرژی‌ترین عنکبوت‌ها ممکن است همراه خود را به طور کامل تبخیر کنند و تنها یک تپ‌اختر میلی‌ثانیه‌ای جداشده را به جا بگذارند.

تپ‌اختر J۱۵۵۵-۲۹۰۸ ، یک بیوه سیاه شگفت‌انگیز است که احتمال دارد شبکه گرانشی آن یک سیاره در حال گذر را به دام انداخته باشد. تحلیل داده‌های ۱۲ ساله تلسکوپ فرمی، تغییرات بلندمدت چرخش را بسیار بزرگ‌تر از آنچه در سایر تپ‌اخترهای میلی‌ثانیه‌ای مشاهده می‌شود، نشان می‌دهد. «کالین کلارک»(Colin Clark)، سرپرست گروه تحقیقاتی «مؤسسه فیزیک گرانشی ماکس پلانک» در آلمان و از پژوهشگران این پروژه، گفت: ما معتقدیم مدلی که سیاره را به عنوان جرم سوم در یک مدار گسترده به دور تپ‌اختر و همراه آن ترکیب می‌کند، تغییرات را کمی توضیح می‌دهد. این توضیح بهتری نسبت به سایر توضیحات است، اما برای تایید کردن آن به چند سال دیگر بررسی با تلسکوپ فرمی نیاز داریم.

سایر منظومه‌های دوتایی شامل به اصطلاح «تپ‌اخترهای انتقالی» هستند که «J۱۰۲۳+۰۰۳۸» اولین مورد شناسایی‌شده از این گروه است. یک جریان نامنظم گاز که از ستاره همراه به ستاره نوترونی جریان می‌یابد، ممکن است به طور ناگهانی قرصی را در اطراف تپ‌اختر تشکیل دهد که می‌تواند برای سال‌ها باقی بماند. این قرص در پرتوی ایکس و پرتوهای گاما به شدت می‌درخشد، اما پالس‌ها غیرقابل تشخیص می‌شوند. هنگامی که قرص دوباره ناپدید می‌شود، نور پرانرژی و پالس‌ها نیز باز می‌گردند.

برخی از تپ‌اخترها نیازی به شریک ندارند تا همه چیز را تغییر دهند. «J۲۰۲۱+۴۰۲۶» یک تپ‌اختر جوان است که در فاصله حدود ۴۹۰۰ سال نوری از ما قرار دارد. این تپ‌اختر در سال ۲۰۱۱ تحت یک تغییر حالت گیج‌کننده قرار گرفت و پرتوهای گامای خود را به مدت حدود یک هفته کاهش داد. سپس سال‌ها بعد، این تپ‌اختر به آرامی به روشنایی اولیه خود بازگشت. رفتار مشابهی در برخی از تپ‌اخترهای رادیویی دیده شده بود، اما این اولین بار بود که چنین رفتاری در پرتوهای گاما دیده می‌شد. ستاره‌شناسان گمان می‌کنند که این رویداد ممکن است توسط ترک‌های پوسته ایجاد شده باشد که میدان مغناطیسی تپ‌اختر را به طور موقت تغییر داده‌اند.

تلسکوپ فرمی در سال ۲۰۱۵ اولین تپ‌اختر پرتوی گاما را در یک کهکشان دیگر، «ابر ماژلانی بزرگ» کشف کرد. در سال ۲۰۲۱، ستاره‌شناسان از کشف یک شعله غول‌پیکر پرتوی گاما خبر دادند که نوع متفاوتی از ستاره‌های نوترونی موسوم به «مگنتار»(Magnetar) آن را منتشر کرده بود. این مگنتار در کهکشان «سنگ‌تراش»(Sculptor) در فاصله حدود ۱۱.۴ میلیون سال نوری از ما قرار دارد.

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

در ویدئوی زیر می‌توانید نمایی را از ۲۹۴ تپ‌اختر پرتوی گاما ببینید.