در ساعات اولیه ی بامداد روز 24 فوریه ی 1987 در رصدخانه ی لاس کامپاناس (1) در شیلی، اخترشناس کانادایی یان شِلتون (2) از دانشگاه تورنتو، مشغول عکسبرداری از قسمت کوچکی از آسمان در «سحابیِ بزرگ ماژلان» بود. این سحابی به زائده ی کوچکی از راه شیری ــ کهکشان ما ــ شبیه است. در واقع، این سحابی، خود یک کهکشان کوچک و از اقمار کهکشان ماست و به روایت آنتونیو پیگافتا (3) وقایع نگار ایتالیایی عضو هیئت اعزامی، نخستین بار دریانورد پرتغالی فردیناند دوماژلان (4) ضمن سفر دور دنیای خود در 1519ــ 1921 آن را در نیمکره ی جنوبی مشاهده کرده است.
اخترشناس کانادایی با تلسکوپ کوچکی که 70 سال پیش ساخته شده بود سحابی ماژلان را برای رصدخانه ی مونت ویلسون (5) در کالیفرنیا به طور منظم مطالعه می کرد. اکسپوزیسیون فیلم عکاسی حدود سه ساعت طول می کشید. پس از ظاهر کردن فیلم، شِلتون شگفت زده ستاره ی پرنوری با قدر 5 در آن مشاهده کرد که در عکسهای برداشته شده در روزهای قبل وجود نداشت. این، جز یک ابرنواختر، چیز دیگری نمی توانست باشد. چند روز پیشتر از آن اسکاردوهالد (6) دستیار رصدخانه که در پشت بام گنبدیِ رصدخانه، آسمان را نگاه می کرد با چشم غیرمسلح ستاره ی ناشناسی را دیده بود.
در فاصله ی چند هزار کیلومتری از آنجا، در زلاند نو، یک اخترشناس دیگر، آلبرت جونز (7) کارشناس ستاره های متغیرِ در حال گردش، ستاره ی جدید را مشاهده کرد. او بلافاصله یکی از دوستانش را که در رصدخانه ی مشترک انگلیس و استرالیا در ایالت ویلز جدید جنوب (8) کار می کرد، در جریان مشاهده اش گذاشت.
از چهار قرن به این طرف، این اولین ابرنواختر نزدیک به ما بود که با چشم غیرمسلح دیده می شد و فاصله اش از زمین 170000 سال نور بود! اتحادیه ی بین المللی اخترشناسی بلافاصله با ارسال تلگرامی خبر را به دنیا اعلام کرد و طبق سنّت، ستاره ی جدید را اس. ان 1987 آ. (SN 1978A) نامید.
همه ی تلسکوپهای آماده ی نیمکره ی جنوبی در راستای ستاره ی مهمان که به تازگی ظاهر شده بود هدایت شدند. در کمتر از 14 ساعت پس از نخستین رصد، قمر اکتشافی بین المللی در قسمت فرابنفش، نخستین طیفهای موج کوتاه را دریافت می کرد. باید زود دست به کار می شدند، زیرا در این قسمت طیف، پرتوها به سرعت کاهش می یافت:
(توضیح تصویر): عکس ابرنواختر 1987 در سحابی ماژلان روز 26 فوریه در ساعت یک و بیست و پنج دقیقه بامداد. صلیب، نتیجه ی شکست نور است. (عکس از .E.S.O)
اَبَرنواختر با زمان، رنگ عوض می کرد. طیفها در همه ی طول موجها اندازه گیری شدند. گسیل دید خطِ معرف هیدروژن مشاهده شد که دلالت می کرد اَبَرنواختر از نوع 2 است.
آیا این، نوع جدیدی از اَبَرنواختر بود یا گونه ای متفاوت از یکی از دو نوع شناخته شده؟ اختر فیزیکدانان، بررسیهای همه جانبه ای را برای توضیح خصوصیّات رصد شده آغاز کردند. هنوز قسمت بزرگی از مراکز اَبَرنواختر، زیر پوششی از انواع گازهای مشتعل و خاکسترهایی که با سرعت چندین هزار کیلومتر در ثانیه پرتاب می شدند، مستور بود.
با این همه، ذراتی وجود دارد که می توانند از مقدار هنگفتی ماده عبور کنند. مثلاً نوترینوها که جرم زمین برای عبورشان عملاً مانعی نامرئی است. از طرف دیگر، گروههای فیزیکدانان که در کمین یک فروپاشی احتمالی پروتون نشسته بودند و بدین منظور آشکارسازهای عظیم ساخته بودند، می توانستند وجود این ذرات تقریباً بدون جرم اما پرانرژی را آشکار کنند. چندین گروه تحقیقاتی، در چند صد متری عمق زمین، به منظور اجتناب از اثر تابشهای انگلی، با مراقبت دائمی مشغول ضبط همه ی رویدادهای جالب بر روی نوارهای مغناطیسی بودند. در لحظه ی انفجار ابرنواختر 1987 آ.، چهار گروه تحقیقاتی، همگی در نیمکره ی شمالی، آمادگی لازم برای مشاهدات را داشتند: یک گروه در ژاپن در کامیوکاند 2 (11)، گروه مشترک امریکایی ایروین ــ میشگان ــ بروکهاوِن (12) در عمق یک معدن نمک در کلیولند، یک گروه از فیزیکدانان تورینو (ایتالیا) و مسکو در رصدخانه ی زیرزمینی در زیر قله ی مون بلان و یک گروه دیگر در باکسان اتحاد جماهیر شوروی.
به محض اعلان رصد نوری از سوی اتحادیه ی بین المللی اخترشناسی، فیزیکدانانِ ذرات، لازم دیدند نوارهای مغناطیسشان را که در ساعات پیش از عکسبرداری یان شلتون ضبط شده بود در این راستا تفسیر کنند. گروههای ژاپنی و امریکایی به نتایجی که همخوانی داشت، رسیدند. آنها برای روز 23 فوریه ی 1987، ساعت 7 و 35 دقیقه به وقت جهانی، چند ساعت پیش از آغاز رصد اپتیکی وجود تپ (پالس) نوترینوها را ثابت کردند؛ برای ژاپنیها این تپ شامل 11 رویداد در 13 ثانیه بود که 9 رویداد اول آن فقط در 2 ثانیه اتفاق افتاده بود، برای امریکاییان 8 رویداد در 6 ثانیه: مرکز آشکارسازها شامل چندین هزار تن آب خالص بود که صدها تکثیرکننده ی نور متوجه آن بود. همان طور که قبلاً گفتیم نوترینوها برهمکنشی کمی بر ماده دارند؛ بندرت یکی از آنها با برهمکنشی (از طریق رادیوآکتیویته ی معکوس) الکترون مثبت یا (از طریق پخشیدگی) الکترون منفی می دهد، و این فرایند با دستگاه تکثیر کننده های نور، ضبط می شود. سخنگوی گروه تحقیقاتی امریکایی، فردریک رینز (13) ــ همان کسی که 30 سال پیشتر همراه با جورج کوان (14) برای نخستین بار نوترینوها را آشکار ساخته بود ــ اعلام کرد: « 170000 سال پس از انفجار، 30 میلیون میلیارد نوترینو از حجم آشکارساز ما کرده اند و تنها 8 عدد از آنها به دام افتاده اند.»
(توضیح تصویر): نوترینوهای آشکار شده به توسط آشکارساز کامیوکاند 2. در محور عرض دستگاه مختصات، انرژی نوترینو، و در محور طول، زمان بر حسب ثانیه، قبل و بعد از انفجار (زمان صفر، لحظه ی انفجار). خط پایه، متناظر با آستانه ی انرژی حبس شده است. (برمبنای ترسیم آ. ک. مان، گروه تحقیقاتی کامیوکاند، مجله ی Physics -Today، شماره ی اوت 1987).
جا دارد خاطرنشان کنیم که مدت خیلی کوتاهِ دوتِپِ نوترینو که در آشکارسازهای کلیولند و کامیوکاند آشکار شد، امکان دارد که بر مبنای سنجش انرژی، جرم نوترینو در حد بالایی معادل 20 الکترون ــ ولت تعیین گردد. پژوهشگران شوروی در باکسان، 5 رویداد دیده اند که با مشاهده ی گروههای تحقیقاتی پیشین همخوانی دارد. پژوهشگران مستقر در مون بلان، 5 رویداد مشاهده کرده اند که زمان آنها، به دلیلی که هنوز روشن نشده است، چند ساعت قبل از مشاهدات گروههای دیگر است.
محاسبه ی انرژی گرانشیِ رها شده از مرکز ستاره ای که 1/4 جرم خورشید را دارد، و فرومی ریزد تا ستاره ای نوترونی به شعاع 10 کیلومتر تشکیل دهد، حدود (53) 10×3 اِرگ است. مجموع بازیافت انرژی، چه به شکل انرژی حرکتی که از پرتاب مواد بر اثر انفجار ایجاد می شود و چه انرژیهایی که از تابشهای گوناگون الکترومغناطیسیِ ابرنواختر گسیل می شود، تقریباً برابر (51) 10 اِرگ است. اختر فیزیکدانان انتظار داشتند که 99% انرژی به شکل نوترینو گسیل شود. باری از محاسبه ای که براساس تعداد نوترینوهای آشکار شده، و با احتساب انرژیشان و کارآیی آشکارسازی همه ی انواع نوترینوهایی که می توانند در همه ی جهات گسیل شوند، کل انرژی نوترینوها به رقم (53) 10×3 اِرگ می رسد با احتساب همه ی مفروضات مسئله، این همخوانیِ نتایج محاسبات، بیشتر به معجزه شبیه است:
ماده ی پرتاب شده بر اثر انفجار به تدریج که در فضا پراکنده می شود ضخامتش کاهش می یابد و در نتیجه برای تابشهای گوناگون، شفاف تر می شود؛ سرانجام آنچه از اَبَرنواختر باقی می ماند، یک ستاره ی نوترونیِ محتمل در مرکزش است که آن را با واسطه ی یک تپ اختر (پالسار) بر ما فاش می کند. ابرنواختر 1987 آ. تاکنون یکی از اسرارش را بر ما فاش کرده است: به کمک یک ماهواره ی امریکایی، فیزیکدانان گمان می کنند که بر روی طیف نگار، خطوط پرتو گاما را که مشخص کننده ی رادیوآکتیویته ی کوبالت 56 است، که خود آن شاهد مستقیمی بر تشکیل آهن 56 در اثر سنتز هسته ای ستاره ای است، مشاهده کرده اند. طیف سنجیِ زیر قرمز، این نتایج را تأیید می کند. می دانیم که کوبالت 56 از کاهش رادیواکتیوِ نیکل 56 به دست می آید. مقدار نیکل 56 که به هنگام انفجار اَبَرنواختر در حد فاصل مرکز آهن و لایه ی سیلیسیوم تشکیل شده است، حدود هفت صدم جرم خورشید برآورده شده است؛ چیزی که منحنی نور اندازه گیری شده را تبیین می کرد. تحقیقات درباره ی ابرنواختر 1987 هنوز سالها ادامه خواهد یافت.
اخترشناس کانادایی با تلسکوپ کوچکی که 70 سال پیش ساخته شده بود سحابی ماژلان را برای رصدخانه ی مونت ویلسون (5) در کالیفرنیا به طور منظم مطالعه می کرد. اکسپوزیسیون فیلم عکاسی حدود سه ساعت طول می کشید. پس از ظاهر کردن فیلم، شِلتون شگفت زده ستاره ی پرنوری با قدر 5 در آن مشاهده کرد که در عکسهای برداشته شده در روزهای قبل وجود نداشت. این، جز یک ابرنواختر، چیز دیگری نمی توانست باشد. چند روز پیشتر از آن اسکاردوهالد (6) دستیار رصدخانه که در پشت بام گنبدیِ رصدخانه، آسمان را نگاه می کرد با چشم غیرمسلح ستاره ی ناشناسی را دیده بود.
در فاصله ی چند هزار کیلومتری از آنجا، در زلاند نو، یک اخترشناس دیگر، آلبرت جونز (7) کارشناس ستاره های متغیرِ در حال گردش، ستاره ی جدید را مشاهده کرد. او بلافاصله یکی از دوستانش را که در رصدخانه ی مشترک انگلیس و استرالیا در ایالت ویلز جدید جنوب (8) کار می کرد، در جریان مشاهده اش گذاشت.
از چهار قرن به این طرف، این اولین ابرنواختر نزدیک به ما بود که با چشم غیرمسلح دیده می شد و فاصله اش از زمین 170000 سال نور بود! اتحادیه ی بین المللی اخترشناسی بلافاصله با ارسال تلگرامی خبر را به دنیا اعلام کرد و طبق سنّت، ستاره ی جدید را اس. ان 1987 آ. (SN 1978A) نامید.
(توضیح تصویر): عکس ابرنواختر 1987 در سحابی ماژلان روز 26 فوریه در ساعت یک و بیست و پنج دقیقه بامداد. صلیب، نتیجه ی شکست نور است. (عکس از .E.S.O)
اَبَرنواختر با زمان، رنگ عوض می کرد. طیفها در همه ی طول موجها اندازه گیری شدند. گسیل دید خطِ معرف هیدروژن مشاهده شد که دلالت می کرد اَبَرنواختر از نوع 2 است.
سعی کردند ستاره ی مبدائی را که منفجر شده بود مشخص کنند؛ پس از مناظره ای داغ و تحلیل دقیق عکسهایی که در اختیار بود، به این نتیجه رسیدند که ستاره ی مبدأ باید یک غول پیکر آبی باشد که به مشخصات Sk 69 202 در کاتالوگی که اختر فیزیکدان امریکایی نیکولاس ساندالیک (9) تنظیم کرده، ثبت شده است.
غول پیکران آبی احتمالاً از تحول برخی از غول پیکران سرخ به بار می آیند که تا وقت به عنوان تنها مبداءهایی شناخته می شد که بتوانند اَبَرنواختری از این نوع را به وجود آورند. دمای واقعی یک چنین غول پیکر آبی 12000 درجه کِلوین (10) است. شعاع آن ــ کوچکتر از شعاع یک غول پیکر سرخ ــ ظاهراً حدود یک سوم شعاع مدار عطارد بود. جرم آن بین 13 تا 20 برابر جرم خورشید می توانست باشد. تابندگی اَبَرنواختر 1987 آ. به طرزی بی سابقه برحسب زمان تغییر کرده است. پس از افزایش و کاهش سریع روزهای اول، تابندگیش به مدت 80 روز منظماً افزایش یافت تا حداکثر به حدود قدر 3 رسید، و سپس، با دوره ی 77 روزه ی کبالت 56 کاهش یافت. افزایش تابندگی تا ماه مه (1987) می توانست توأماً اثر تابشی که از درون ستاره می آید و نیز اثر کاهش تدریجی کدری مواردی که آن را احاطه می کند، باشد. با وصف این، تابندگی حداکثر که اَبَرنواختر 1987 در اواخر مه به آن رسیده بود، ضعیف تر از تابندگی حداکثر یک اَبَرنواختر کلاسیک از نوع 2 بود.آیا این، نوع جدیدی از اَبَرنواختر بود یا گونه ای متفاوت از یکی از دو نوع شناخته شده؟ اختر فیزیکدانان، بررسیهای همه جانبه ای را برای توضیح خصوصیّات رصد شده آغاز کردند. هنوز قسمت بزرگی از مراکز اَبَرنواختر، زیر پوششی از انواع گازهای مشتعل و خاکسترهایی که با سرعت چندین هزار کیلومتر در ثانیه پرتاب می شدند، مستور بود.
با این همه، ذراتی وجود دارد که می توانند از مقدار هنگفتی ماده عبور کنند. مثلاً نوترینوها که جرم زمین برای عبورشان عملاً مانعی نامرئی است. از طرف دیگر، گروههای فیزیکدانان که در کمین یک فروپاشی احتمالی پروتون نشسته بودند و بدین منظور آشکارسازهای عظیم ساخته بودند، می توانستند وجود این ذرات تقریباً بدون جرم اما پرانرژی را آشکار کنند. چندین گروه تحقیقاتی، در چند صد متری عمق زمین، به منظور اجتناب از اثر تابشهای انگلی، با مراقبت دائمی مشغول ضبط همه ی رویدادهای جالب بر روی نوارهای مغناطیسی بودند. در لحظه ی انفجار ابرنواختر 1987 آ.، چهار گروه تحقیقاتی، همگی در نیمکره ی شمالی، آمادگی لازم برای مشاهدات را داشتند: یک گروه در ژاپن در کامیوکاند 2 (11)، گروه مشترک امریکایی ایروین ــ میشگان ــ بروکهاوِن (12) در عمق یک معدن نمک در کلیولند، یک گروه از فیزیکدانان تورینو (ایتالیا) و مسکو در رصدخانه ی زیرزمینی در زیر قله ی مون بلان و یک گروه دیگر در باکسان اتحاد جماهیر شوروی.
(توضیح تصویر): نوترینوهای آشکار شده به توسط آشکارساز کامیوکاند 2. در محور عرض دستگاه مختصات، انرژی نوترینو، و در محور طول، زمان بر حسب ثانیه، قبل و بعد از انفجار (زمان صفر، لحظه ی انفجار). خط پایه، متناظر با آستانه ی انرژی حبس شده است. (برمبنای ترسیم آ. ک. مان، گروه تحقیقاتی کامیوکاند، مجله ی Physics -Today، شماره ی اوت 1987).
جا دارد خاطرنشان کنیم که مدت خیلی کوتاهِ دوتِپِ نوترینو که در آشکارسازهای کلیولند و کامیوکاند آشکار شد، امکان دارد که بر مبنای سنجش انرژی، جرم نوترینو در حد بالایی معادل 20 الکترون ــ ولت تعیین گردد. پژوهشگران شوروی در باکسان، 5 رویداد دیده اند که با مشاهده ی گروههای تحقیقاتی پیشین همخوانی دارد. پژوهشگران مستقر در مون بلان، 5 رویداد مشاهده کرده اند که زمان آنها، به دلیلی که هنوز روشن نشده است، چند ساعت قبل از مشاهدات گروههای دیگر است.
محاسبه ی انرژی گرانشیِ رها شده از مرکز ستاره ای که 1/4 جرم خورشید را دارد، و فرومی ریزد تا ستاره ای نوترونی به شعاع 10 کیلومتر تشکیل دهد، حدود (53) 10×3 اِرگ است. مجموع بازیافت انرژی، چه به شکل انرژی حرکتی که از پرتاب مواد بر اثر انفجار ایجاد می شود و چه انرژیهایی که از تابشهای گوناگون الکترومغناطیسیِ ابرنواختر گسیل می شود، تقریباً برابر (51) 10 اِرگ است. اختر فیزیکدانان انتظار داشتند که 99% انرژی به شکل نوترینو گسیل شود. باری از محاسبه ای که براساس تعداد نوترینوهای آشکار شده، و با احتساب انرژیشان و کارآیی آشکارسازی همه ی انواع نوترینوهایی که می توانند در همه ی جهات گسیل شوند، کل انرژی نوترینوها به رقم (53) 10×3 اِرگ می رسد با احتساب همه ی مفروضات مسئله، این همخوانیِ نتایج محاسبات، بیشتر به معجزه شبیه است:
ماده ی پرتاب شده بر اثر انفجار به تدریج که در فضا پراکنده می شود ضخامتش کاهش می یابد و در نتیجه برای تابشهای گوناگون، شفاف تر می شود؛ سرانجام آنچه از اَبَرنواختر باقی می ماند، یک ستاره ی نوترونیِ محتمل در مرکزش است که آن را با واسطه ی یک تپ اختر (پالسار) بر ما فاش می کند. ابرنواختر 1987 آ. تاکنون یکی از اسرارش را بر ما فاش کرده است: به کمک یک ماهواره ی امریکایی، فیزیکدانان گمان می کنند که بر روی طیف نگار، خطوط پرتو گاما را که مشخص کننده ی رادیوآکتیویته ی کوبالت 56 است، که خود آن شاهد مستقیمی بر تشکیل آهن 56 در اثر سنتز هسته ای ستاره ای است، مشاهده کرده اند. طیف سنجیِ زیر قرمز، این نتایج را تأیید می کند. می دانیم که کوبالت 56 از کاهش رادیواکتیوِ نیکل 56 به دست می آید. مقدار نیکل 56 که به هنگام انفجار اَبَرنواختر در حد فاصل مرکز آهن و لایه ی سیلیسیوم تشکیل شده است، حدود هفت صدم جرم خورشید برآورده شده است؛ چیزی که منحنی نور اندازه گیری شده را تبیین می کرد. تحقیقات درباره ی ابرنواختر 1987 هنوز سالها ادامه خواهد یافت.
پی نوشت ها :
1. Las Campanas.
2. Ian Shelton.
3. Antonio Pigafetta.
4. Ferdi nand de Magellan.
5. mont Wilson.
6. Oscar Duhald.
7. Albert Jones.
8. New South Wales.
9. Nicholas Sanduleak.
10.درجه ی کلوین یا مطلق برابر است با درجه ی سانتیگراد به اضافه عدد 273. ــ م.
11. Kamiokande II.
12. Irvine- Michigan- Brookhaven.
13. Frederck Reines.
14. George Cowan .
منبع: سرگذشت اتم، شماره 2034
منبع: سرگذشت اتم، شماره 2034
