یک کوتوله‌ی سفید با سریع‌ترین چرخش کشف شد

کوتوله‌ی سفید یکی از عجیب‌ترین اجرام در کیهان است. این اجرام هسته‌های باقی‌مانده از ستاره‌های خورشید-مانند هستند که بر پایه‌ی قوانین فیزیک کوانتوم تریلیون‌ها سال عمر می‌کنند. اما اخیراً ستاره‌شناسان یکی از عجیب‌ترین کوتوله‌های سفید را کشف کرده‌اند. ستاره‌ای مرده که هر ثانیه ۲ بار دور خود می‌چرخد و سریع‌ترین چرخش را در میان این نوع از ستارگان دارد.

متغیرهای عظیم

هنگامی که ستارگانی مانند خورشید می‌میرند، لایه‌های بیرونی جو خود را در فضا رها می‌کنند و پس از آرام شدن این فوران‌ها، فقط یک هسته‌ی داغ و کوچک از کربن و اکسیژن باقی می‌ماند. اندازه‌ی این کره‌ی داغ از سیاره‌ی زمین بزرگ‌تر نیست و سوخت آن توسط هم‌جوشی هسته‌ای ستارگان عادی تأمین نمی‌شود، بلکه توسط نیروهای عجیب کوانتومی تأمین می‌گردد که تحت عنوان «فشار تَبَهگِنی» یا «فشار واگِنی» (Degeneracy Pressure) شناخته می‌شود.

اما بیشتر ستاره‌ها تنها زندگی نمی‌کنند و همدم‌هایی دارند. این همدم‌ها زمانی که ستاره با مرگ خود به کوتوله‌ی سفید تبدیل می‌شود، می‌توانند به آرامی به حیات خود ادامه دهند. با گذشت زمان این همدم می‌تواند مراحل پایانی عمر خود را آغاز کند و به اندازه‌ای به کوتوله‌ی سفید نزدیک شود که تخریب آن آغاز گردد.

زمانی که این اتفاق می‌افتد، مواد این ستاره‌ی همدم می‌تواند به سمت کوتوله‌ی سفید کشیده شود و یک لایه‌ی عظیم هیدروژن در اطراف بدنه‌ی کربن-اکسیژن شکل می‌گیرد. در این شرایط و با موجود بودن زمان و ماده‌ی کافی می‌تواند یک فاجعه رخ دهد: یک ضربه‌ی ناگهانی از هم‌جوشی هسته‌ای که بر اثر فشارهای شدید در جو پدید می‌آید. این میزان انرژی ناگهانی به صورت یک انفجار تابشی آزاد می‌شود که از فاصله‌های بسیار زیاد قابل مشاهده است.

این رخداد، پیش از این «نواختر» نامیده می‌شد اما این روزها اخترشناسان عبارت «ستارگان متغیر انفجاری» را ترجیح می‌دهند. زیرا مجموعه‌ی گسترده‌تری از پدیده‌ها را دربر می‌گیرد.

میدان نیروی مغناطیسی

اخیراً گروهی از ستاره‌شناسان یک ستاره‌ی متغیر انفجاری را مشاهده کرده‌اند که با نام CTCV J2056-3014، یا به طور خلاصه J2056 شناخته می‌شود. این کوتوله‌ی سفید که سریع‌ترین چرخش را در میان این نوع از ستارگان دارد، یک سامانه‌ی دوتایی با ۸۵۰ سال نوری فاصله از زمین است و به عنوان یک ستاره‌ی دوتایی انفجاری «قطبی متوسط» شناخته می‌شود. برای درک این مفهوم باید به میدان‌های مغناطیسی نگاه کنیم.

کوتوله‌های سفید هماننند بیشتر اجرام کیهان پر از ذرات باردار هستند. این اجرام کوچک هستند و با سرعت زیادی می‌چرخند که در نتیجه‌ی چرخش ذرات باردار، میدان‌های مغناطیسی ایجاد می‌کنند. این میدان‌های مغناطیسی بسیار فراتر از سطح کوتوله‌ی سفید می‌رود و بر چگونگی جذب مواد ستاره‌ی همدم به سطح کوتوله‌ی سفید اثر می‌گذارند.

اگر میدان مغناطیسی کوتوله‌ی سفید ضعیف باشد، هیدروژن حاصل از ستاره‌ی همدم در یک قرص زیبا و منظم (قرص برافزایشی) اطراف کوتوله‌ی سفید شکل می‌گیرد و به طور پیوسته آن را تغذیه می‌کند. اما اگر میدان مغناطیسی قوی باشد، گازهای ستاره‌ی همدم به صورت رگه‌هایی اطراف کوتوله‌ی سفید را دربر می‌گیرد و در قطب‌ها به هم برخورد می‌کنند که مانند شفق‌های قطبی بسیار قوی خواهد بود.

میدان مغناطیسی کوتوله‌ی سفید
Credit: ESO/L. Calçada

اگر میدان‌های مغناطیسی نه خیلی ضعیف و نه خیلی قوی باشند، تحت عنوان «قطبی متوسط» شناخته می‌شوند، واژه‌ی «قطبی» به ساختار میدان مغناطیسی اشاره دارد که در این مورد به اندازه‌ی کافی قوی نیست تا مانع از شکل‌گیری قرص برافزایشی شود و از سوی دیگر به اندازه‌ای قوی هست که ساختار گاز را در نزدیکی کوتوله‌ی سفید بر هم بزند. این کار مانع از جریان منظم و یکنواخت گاز شده و باعث می‌شود که کوتوله‌ی سفید به طور نامنظم و غیرقابل پیش‌بینی بچرخد و زبانه بکشد.

عجیب‌ترین مورد

آن‌چه در مورد J2056 عجیب است این است که یک سامانه‌ی قطبی متوسط است و بنابراین ستاره‌ی همدم می‌تواند اطراف آن یک قرص برافزایشی تشکیل دهد اما در انتقال آن به سطح کوتوله‌ی سفید مشکل دارد. به گفته‌ی پژوهشگران، این کوتوله‌ی سفید هر سال تنها قادر است به اندازه‌ی جو زمین را به خود جذب کند که با توجه به این سامانه اصلاً مقدار زیادی نیست.

علاوه بر این، J2056 پرتوهای ایکس زیادی نیز تابش نمی‌کند که باز هم برای چنین سامانه‌ای غیرعادی است.

هم‌چنین J2056 در حال چرخش با سرعت بالایی است که آن را به سریع‌ترین کوتوله‌ی سفید شناخته شده تبدیل کرده است. این کوتوله‌ی سفید در هر ۲۹ ثانیه یک دور می‌چرخد.

اما علت چنین سرعتی می‌تواند به ساختار میدان مغناطیسی مربوط باشد. از سویی قادر است مواد همدم را با سرعت زیاد بر روی سطح جذب کند و مانند یک چرخ‌وفلک ستاره‌ای سرعت آن را افزایش دهد. اما از سوی دیگر به اندازه‌ای قوی نیست که بتواند چرخش را از طریق برهم‌کنش الکترومغناطیسی با قرص برافزایشی پیرامون خود کاهش دهد.

هنوز رابطه‌ی بین کم بودن پرتوهای ایکس این کوتوله‌ی سفید و سرعت چرخش بسیار بالای ستاره‌ی همدم آن (که در هر ۱.۷۶ ساعت یک دور می‌چرخد) توضیح داده نشده است.

J2056 می‌تواند یک طبقه‌بندی کاملاً تازه از ستاره‌های متغیر انفجاری را شکل دهد و یا این‌که به طور کامل منحصر به فرد باشد. در هر صورت، درک چگونگی فعالیت آن، می‌تواند به ما کمک کند تا درک بهتری از شیوه‌ی فعالیت میدان مغناطیسی در اطراف کوتوله‌های سفید داشته باشیم که این موضوع برای فهمیدن چگونگی زندگی و مرگ آن‌ها مهم است.

این پژوهش برای انتشار در «ژورنال اخترفیزیکی» (The Astrophysical Journal) پذیرفته شده است.

عکس کاور: طرحی از یک کوتوله‌ی سفید و ستاره‌ی همدم آن

Credit: NASA/CXC/M.Weiss

منبع: Space