اگر حد چاندراسخار مقداری ثابت و تغییرناپذیر داشته باشد، انتظار می رود انرژی آزادشده و درخشندگی ابرنواخترهای نوع Ia نیز تا حد زیادی قابل پیش بینی باشد. دانشمندان از این ویژگی برای بررسی تحول کیهانی و اندازه گیری فاصله های کیهانی استفاده می کنند. این اندازه گیری ها نقش مهمی در مطالعه انبساط جهان دارند.

میدان های مغناطیسی می توانند حد بالای جرم را افزایش دهند
شبیه سازی های جدید پژوهشگران دپارتمان فیزیک موسسه علوم هند و همکارانشان نشان می دهد که میدان های مغناطیسی قوی درون ستاره ممکن است به برخی کوتوله های سفید اجازه دهند جرمی بسیار بیشتر از حد چاندراسخار داشته باشند.
در یکی از شبیه سازی های این پژوهش، جرم یک کوتوله سفید مغناطیده از جنس کربن-اکسیژن به حدود ۲.۴ برابر جرم خورشید رسید. این مقدار به طور قابل توجهی از حد معمول ۱.۴ جرم خورشیدی بیشتر است.
بانبراتا موخوپادهای، استاد دپارتمان فیزیک و نویسنده مسئول این پژوهش که در مجله The Astrophysical Journal Letters منتشر شده است، درباره آغاز این ایده می گوید:
«این ایده در سال ۲۰۱۱ شکل گرفت. در آن زمان، دانشجویی برای گذراندن دوره تابستانی نزد من آمد و من به طور اتفاقی مسئله ای را به او پیشنهاد کردم: بررسی این موضوع که آیا میدان مغناطیسی می تواند باعث نقض حد چاندراسخار شود یا خیر.»
نظریه پردازان چندین دهه است که احتمال وجود چنین کوتوله های سفیدی را بررسی می کنند. این اجرام که «کوتوله های سفید فراتر از حد چاندراسخار» نامیده می شوند، می توانند جرمی بیشتر از مقدار پیش بینی شده در مدل کلاسیک داشته باشند.
مشاهدات برخی ابرنواخترهای نوع Ia با درخشندگی غیرمعمول و بسیار زیاد نیز به تقویت این فرضیه کمک کرده اند. این مشاهدات نشان می دهند که ستاره های اولیه مولد چنین انفجارهایی ممکن است جرمی تا حدود ۲.۸ برابر جرم خورشید داشته باشند.
زنیا زورایک، نویسنده اول مقاله و دانشجوی دکتری دپارتمان فیزیک، توضیح می دهد:
«پرسش اصلی صرفا این نبود که آیا وجود یک کوتوله سفید فراتر از حد چاندراسخار امکان پذیر است یا نه، بلکه باید مشخص می شد که آیا یک ستاره واقعا می تواند در جریان تحول خود به چنین جرمی تبدیل شود. شبیه سازی های ما این امکان را فراهم کرد که مسیر تحول ستاره را از مرحله رشته اصلی تا تبدیل شدن به کوتوله سفید دنبال کنیم و نشان دهیم که تحت شرایط خاص، چنین مسیری امکان پذیر است.»
بررسی روند افزایش جرم و نقش میدان مغناطیسی
برای بررسی این روند، پژوهشگران کد رایانه ای STARS را اصلاح کردند. این کد که در دانشگاه کمبریج توسعه یافته است، برای مدل سازی تحول ستارگان به کار می رود.
آنها اثر میدان های مغناطیسی و فرایند سرد شدن کوتوله های سفید را نیز به مدل افزودند. به این ترتیب توانستند تحول ستارگان مغناطیده را از مرحله رشته اصلی تا مراحل پایانی عمرشان و تبدیل شدن به کوتوله سفید دنبال کنند.
رشته اصلی مرحله طولانی از عمر ستاره است که در آن انرژی عمدتا از طریق همجوشی هسته های هیدروژن تولید می شود.
سپس پژوهشگران یک سامانه دوتایی را مدل سازی کردند که در آن کوتوله سفید از ستاره همدم خود ماده دریافت می کند. این فرایند که «برافزایش جرم» نام دارد، می تواند جرم کوتوله سفید را به تدریج افزایش دهد.
نتایج شبیه سازی نشان داد که حتی اگر میدان مغناطیسی در ابتدا ضعیف باشد، با افزایش جرم کوتوله سفید می تواند اهمیت بیشتری پیدا کند.
این روند به شکل زیر رخ می دهد:
1. افزایش جرم: کوتوله سفید با جذب ماده از ستاره همدم خود سنگین تر می شود.
2. افزایش چگالی و انقباض: با انباشته شدن ماده، کوتوله سفید چگال تر می شود و شعاع آن کاهش می یابد.
3. تقویت میدان مغناطیسی: انقباض ستاره می تواند میدان مغناطیسی آن را تقویت کند.
4. افزایش پشتیبانی درونی: میدان مغناطیسی قوی تر می تواند از طریق تنش ها و فشارهای مغناطیسی، در برابر گرانش مقاومت ایجاد کند.
5. افزایش جرم قابل تحمل: در نتیجه، ستاره ممکن است بتواند جرمی بیشتر از مقداری را تحمل کند که در مدل های بدون میدان مغناطیسی پیش بینی می شود.
این اثر می تواند رابطه معمول میان جرم و شعاع کوتوله های سفید را تغییر دهد و بسته به ویژگی های میدان مغناطیسی، حدهای متفاوتی برای جرم آنها به وجود آورد.
مقایسه نتایج شبیه سازی
در یکی از مدل ها، کوتوله سفیدی از جنس کربن-اکسیژن با جرم اولیه ۱.۰۲ برابر جرم خورشید بررسی شد. این کوتوله سفید از ستاره ای با جرم اولیه ۸ برابر جرم خورشید شکل گرفته بود و با نرخ سالانه یک میلیاردیم جرم خورشید، ماده جذب می کرد.
در مدل مغناطیده، حد جرم کوتوله سفید به حدود ۲.۴ برابر جرم خورشید رسید. در مقابل، مدل مشابه بدون میدان مغناطیسی تنها جرمی در حدود ۱.۴ برابر جرم خورشید را نشان داد. در هر دو مدل، نرخ برافزایش جرم برابر با 10^-9 جرم خورشیدی در سال بود.
💫 ID: @sabalansky 💫