پژوهشی تازه نشان می‌دهد کمرنگ‌شدن متوالی فوران‌های نورانی در رویدادهای اختلال کشندی جزئی تکرارشونده (rpTDE) می‌تواند به سرعت چرخش اولیهٔ ستاره و تاریخچهٔ دوتایی آن مرتبط باشد. در این سناریو، ستاره‌ای که پیش‌تر سریع می‌چرخیده و شریک دوتایی‌اش پرتاب شده، روی مداری فشرده و با چرخش بالا به دور سیاهچاله اسیر می‌ماند و در گذرهای متوالی ظاهری کمرنگ‌تر از خود نشان می‌دهد.

rpTDE چیست؛ مروری کوتاه بر اختلال کشندی

وقتی یک ستاره بسیار نزدیک سیاهچالهٔ ابرپرجرم مرکزی قرار می‌گیرد، نیروهای کشندی آن را متلاشی کرده و رشته‌هایی از ماده ایجاد می‌کنند؛ این پدیده را رویداد اختلال کشندی (TDE) می‌نامند که همراه با فوران نور و گاهی جت است. اگر ستاره به‌کلی نابود نشود و در هر گذر تنها بخشی از لایه‌های بیرونی‌اش از آن جدا شود، آن را نوع تکرارشونده یا rpTDE می‌نامند.

تصویر هنری عبور ستاره از کنار سیاهچاله و فوران مواد

معمای کاهش روشنایی در فوران‌های متوالی

در نمونه‌های شناخته‌شده از rpTDEها مشاهده شده که بعضی فوران‌ها در گذرهای بعدی ضعیف‌تر می‌شوند؛ در نزدیک به چهار مورد از حدود ده rpTDE گزارش‌شده، هر بار فوران‌ها کمرنگ‌تر شده‌اند. توضیح کلاسیک مبتنی بر ساختار داخلی ستاره تا حدی قابل‌قبول بود: ستارگان کم‌جرم ساختار پف‌دار و توزیع چگالی یکنواخت‌تری دارند و در گذرهای متعدد هنوز مادهٔ قابل جدا شدن دارند، در حالی که ستارگان پرجرمِ لایه‌لایه به‌سرعت بخش‌های قابل برداشتشان تمام می‌شود. این تبیین اما قادر نبود تمام مشاهدات را توجیه کند؛ به‌ویژه مواردی که انتظار می‌رفت با کاهش مادهٔ جداشده روشنایی هم کاهش یابد، اما ثابت باقی مانده بود.

گشتاور وارد از سوی سیاهچاله و اثر افزایش چرخش

تحقیقات پیشین نشان داد هر بار گذر ستاره از کنار سیاهچاله، گشتاوری به آن اعمال می‌شود که سرعت چرخش ستاره را افزایش می‌دهد. افزایش چرخش می‌تواند دورهٔ بازگشت ماده به نزدیکی سیاهچاله را کوتاه کند و در نتیجه بازگشت سریع‌ترِ ماده باعث حفظ روشنایی نسبتاً ثابت فوران‌ها شود، حتی اگر جرم جداشده در هر گذر کاهش یابد.

چرخش اولیهٔ ستاره؛ عامل تعیین‌کنندهٔ کمرنگ‌شدن

آنانیّا باندوپادهیا و همکاران نشان داده‌اند که اگر ستاره از پیش دارای چرخش بالا باشد، گشتاورهای افزایشیِ حاصل از گذرهای بعدی عملاً تأثیر قابل توجهی بر سرعت چرخش نخواهند داشت. در این حالت مکانیزمِ «افزایش چرخش برای کوتاه‌شدن دورهٔ مداری» کارآمد نیست و بنابراین کاهش پیوستهٔ مقدار مادهٔ جداشده منجر به کمرنگ شدن فوران‌ها در گذرهای بعدی می‌شود. به عبارت دیگر، چرخش اولیهٔ بالا می‌تواند سازوکاری را که معمولاً از کمرنگی جلوگیری می‌کند بی‌اثر کند.

شبیه‌سازی مداری ستارهٔ اسیرشده در نزدیکی سیاهچاله

منشا چرخش‌های بالا؛ نقش تاریخچهٔ دوتایی و مکانیزم هیلز

یکی از دلایل محتمل برای چرخش اولیهٔ بالا، سابقهٔ دوتایی ستاره است. بسیاری از ستارگان در هستهٔ کهکشان‌ها در سامانه‌های دوتایی شکل می‌گیرند. اگر چنین جفتی تحت تأثیر میدان گرانشی سیاهچاله از هم گسیخته شود، یکی از اعضا پرتاب و دیگری اسیر می‌شود؛ این فرایند که به مکانیزم هیلز معروف است، می‌تواند ستارهٔ بازمانده را روی مدار بسیار فشرده و با چرخش بالا رها کند. چنین وضعیت‌هایی شرایط مناسب برای rpTDE و چرخش اولیهٔ بالا فراهم می‌آورند.

ترکیب عوامل مؤثر بر کمرنگی فوران‌ها

  • ساختار داخلی ستاره (جرم و توزیع چگالی) تعیین‌کنندهٔ مقدار مادهٔ جداشده در گذرهاست.
  • گشتاورهای وارد از سوی سیاهچاله سرعت چرخش را افزایش می‌دهند و می‌توانند دورهٔ بازگشت ماده را کوتاه‌تر کنند.
  • چرخش اولیهٔ بالا مانع از افزایش محسوس چرخش در گذرهای بعدی می‌شود و در نتیجه روشنایی فرو می‌کاهد.
  • تاریخچهٔ دوتایی و اسیرسازی به‌وسیلهٔ مکانیزم هیلز می‌تواند منشأ چرخش اولیهٔ بالا باشد.

نشانه‌های رصدی قابل‌پیگیری و مسیرهای آینده

این توضیح سازوکار جدیدی برای کمرنگ شدن برخی rpTDEها ارائه می‌دهد و پیش‌بینی‌های آزمون‌پذیری دارد. نشانه‌های رصدی که می‌توان دنبال کرد عبارت‌اند از:

  • جست‌وجوی آثار پرتاب عضو دیگر در محیط اطراف سیستم (نشانه‌هایی از ستارهٔ پرتاب‌شده).
  • الگوهای خاص مداری در داده‌های زمانی نوردهی که با مدارهای فشرده و بازگشت‌های سریع سازگارند.
  • طیف‌سنجی دقیقِ فوران‌ها برای تعیین میزان چرخش ستارهٔ بازمانده و تغییرات آن بین گذرها.
  • گسترش نمونهٔ rpTDEها با تلسکوپ‌های زمان‌نگار آینده و مقایسه با شبیه‌سازی‌های هیدرودینامیکی.

این گام‌ها کمک می‌کند نسبت مواردی که ریشه در تاریخچهٔ دوتایی دارند را برآورد کنیم و دریابیم چه نقشی این رخدادهای تکرارشونده در رشد و تغذیهٔ سیاهچاله‌ها دارند.

منابع و خواندنی‌های بیشتر

برای مطالعهٔ بیشتر دربارهٔ رویدادهای اختلال کشندی و مکانیزم هیلز می‌توانید به منابع زیر مراجعه کنید:

رصدها و شبیه‌سازی‌های دقیق در سال‌های آینده نشان خواهند داد چه بخش از rpTDEها تاریخچهٔ دوتایی دارند و تا چه اندازه چرخش اولیهٔ ستاره مسیرِ روشناییِ فوران‌های بعدی را تعیین می‌کند.