چگونه ابرنواختر ۴۵۰ ساله تیکو به یک توپ پنبه ای صورتی غول پیکر تبدیل شد؟

خبرگزاری برنا-زهرا وجدانی؛ آخرین تصویر منتشر شده در 28 فوریه، باقیمانده ابرنواختر Tycho را به صورت یک ابر صورتی نئونی نشان می دهد که با یک خط قرمز نازک حاشیه شده است. در تحقیقات جدید، اخترشناسان هندسه میدان‌های مغناطیسی نزدیک به موج شوک را با جزئیات بی‌سابقه‌ای ترسیم کرده‌اند، جایی که به گفته آنها ذرات باردار قبل از اینکه به عنوان پرتوهای کیهانی که در نهایت به زمین می‌بارند، به سرعتی شبیه به نور شتاب می‌گیرند.

اولین شواهد مستقیم برای این فرآیند را می توان در سال 2011 ردیابی کرد، زمانی که رصدخانه اشعه ایکس چاندرا الگویی از نوارهای پرتو ایکس را در لبه بیرونی تایکو ثبت کرد. در آن زمان، اخترشناسان گفتند که این نوارها نقاطی هستند که در آن میدان های مغناطیسی در هم پیچیده می شوند، بنابراین الکترون ها را به دام می اندازند که سپس در میدان ها به سمت انرژی های بالاتر حرکت می کنند و پرتوهای ایکس ساطع می کنند.

بنابراین، در حالی که ستاره‌شناسان مدت‌هاست می‌دانستند که بقایای ابرنواخترها به سرعت ذرات باردار را به انرژی‌های بسیار بالا برمی‌گردانند، جزئیات نحوه دقیق شتاب گرفتن آن‌ها به خوبی درک نشده بود.

اکنون، محققان برخی از الکترون‌های بسیار برانگیخته را که نزدیک به جایی که به سرعت‌های نور مانند شتاب می‌گیرند در Tycho مورد مطالعه قرار داده‌اند، که انفجار آن به اندازه‌ای که خورشید در 10 میلیارد سال ساطع می‌کند، انرژی آزاد می‌کند. محققان می گویند آخرین یافته ها آنها را یک قدم به یادگیری چگونگی تبدیل شدن بقایای ابرنواختری مانند Tycho به شتاب دهنده های غول پیکر ذرات کیهانی نزدیک می کند.

پاتریک اسلین، اخترفیزیکدان ارشد در مرکز اخترفیزیک هاروارد اسمیتسونیان و یکی از نویسندگان جدیدترین مطالعه، در بیانیه ای گفت: این فرآیند شامل یک رقص ظریف بین نظم و هرج و مرج است.

تیم اسلن از داده های رصدخانه فضایی کاوشگر قطب سنجی پرتو ایکس (IXPE) ناسا استفاده کرد. طبق این مطالعه، سه تلسکوپ پرتو ایکس یکسان روی IXPE دو بار در سال 2022 تایکو را مورد مطالعه قرار دادند.

از داده‌های جمع‌آوری‌شده، این تیم قادر به مطالعه پرتوهای X تولید شده توسط الکترون‌های بسیار پرانرژی نزدیک به لبه تایکو در حین عبور از میدان‌های مغناطیسی بودند.

محققان توضیح می‌دهند که لبه قرمز جایی که تیکو ذرات را به سرعت‌های نوری شتاب می‌دهد بسیار نازک است زیرا الکترون‌هایی که پرتوهای ایکس را تابش می‌کنند خیلی سریع انرژی خود را از دست می‌دهند.

با این حال، چنین سیگنال‌هایی به درهم‌تنیدگی میدان‌های مغناطیسی حساس هستند، وقتی تلاطم در این میدان‌ها زیاد است، تابش جهت کمتر و شدت کمتری دارد، به این معنی که IXPE نمی‌تواند سیگنال‌های قطبش را به شدت تشخیص دهد. شبیه‌سازی‌های این تیم قبلاً نشان داده بود که سیگنال‌هایی که آنها امیدوار بودند شناسایی کنند ممکن است بسیار کوچک باشند، که به این معنی است که میدان مغناطیسی بسیار کثیف است.

اسلن گفت: این مهم خواهد بود، اما این کمی ناامیدکننده است که بگوییم چیزی ندیدم و این واقعاً مهم است!

وقتی داده‌های IXPE وارد شد، تیم متوجه شد که میدان‌های مغناطیسی قطعاً نامرتب هستند  آنها تلاطم بالایی دارند، اما نه آنقدر زیاد که نتوانیم قطبش را تشخیص دهیم.

بنابراین آنها قطبش پرتوهای ایکس را اندازه گرفتند و دریافتند که 9 درصد در مرکز باقیمانده و 12 درصد بیشتر در لبه آن است. به گفته محققان، این اندازه گیری قطبش بسیار بالاتر از اندازه گیری هدف قبلی تیم، Cassiopeia A است که نشان می دهد میدان های مغناطیسی Tycho منظم تر است.

اسلین گفت: این مشاهدات اولین موردی است که واقعاً قطبش تابش پرانرژی‌ترین الکترون‌ها در این شتاب‌دهنده‌های ذرات کیهانی را بررسی می‌کند.

هنگامی که آنها زاویه یا درجه قطبش را شناختند، تیم اسلین توانست هندسه میدان مغناطیسی را ترسیم کند، میدان مغناطیسی که دیدند در جهت بیرونی یا شعاعی کشیده شده است.

محققان قبلاً این را از مشاهدات رادیویی گذشته می دانستند، بنابراین این یافته کاملاً غافلگیرکننده نبود. آنها می گویند رصدخانه فضایی IXPE به آنها کمک کرد تا میدان را با جزئیات بسیار بیشتری نسبت به مشاهدات قبلی، در مقیاس های کوچکتر از یک پارسک - 3.26 سال نوری یا 19 تریلیون مایل (31 تریلیون کیلومتر) ترسیم کنند.

اسلین در همان بیانیه گفت که برای اینکه Tycho بتواند ذرات باردار خود را نزدیک به سرعت نور شتاب دهد، میدان های مغناطیسی قوی و متلاطم لازم است، اما IXPE به ما نشان می دهد که یکنواختی در مقیاس بزرگ وجود دارد، یا انسجام نیز درگیر است و تا محل‌هایی که شتاب در آن اتفاق می‌افتد گسترش می‌یابد.

با استفاده از این داده‌ها، تیم دریافتند که ساختار شعاعی تا نقطه‌های شتاب، که قبلاً نمی‌دانستند، دست نخورده باقی می‌ماند. آنها می گویند که این بینش روشن می کند که چگونه تایکو ذرات باردار را به انرژی هایی حداقل صد برابر حتی قوی ترین شتاب دهنده های ذرات روی زمین شتاب می دهد.

این تحقیق در مقاله ای شرح داده شده است که در آخرین شماره مجله Astrophysical منتشر شده است.

انتهای پیام/