برای اولین بار، ستارهشناسان میگویند که یک انفجار عظیم ناشی از ستارهای خارج از منظومه خورشیدی شناسایی کردهاند. این فوران بهنوعی شبیه به فورانهای خورشید، مانند طوفانهای خورشیدی که هفته گذشته شفقهای قطبی را در آسمان شب زمین بهوجود آوردهاند، اما در مقیاسی بسیار بزرگتر و تهدیدآمیزتر بود.
بهجای بهوجود آوردن شفقهای رنگارنگ، این انفجار قدرتمند بهنظر میرسد میتواند پیامدهای مخربی برای هر سیارهای که در نزدیکیاش قرار دارد، بهوجود آورد؛ اینطور که تحقیقات جدید نشان میدهد.
یک انفجار جرمی خورشیدی (CME) بهنظر میرسد علت اصلی این رویداد انفجاری باشد. در منظومه شمسی ما، این پدیده یک ابر بزرگ از گاز یونیزهشده (پلاسما) و میدانهای مغناطیسی است که از اتمسفر بیرونی خورشید بهوجود میآید.
زمانی که این انفجارها بهاندازه کافی بزرگ باشند تا به زمین برسند، میتوانند بهعنوان آبوهوای فضایی یا اختلالات عمده در میدان مغناطیسی سیارهمان عمل کنند.
این طوفانهای خورشیدی قدرتمند شفقها را در قطبهای زمین ایجاد میکنند، اما میتوانند ارتباطات، شبکه برق و عملیات ماهوارهای را نیز مختل کنند.
ستارهشناسان پیش از این هرگز نتوانستند یک انفجار جرمی خورشیدی را که از ستاره دیگری منتشر میشود، شناسایی کنند — تا اکنون. پژوهشگران این کشف پیشگامانه را در مطالعهای که روز چهارشنبه در مجله Nature منتشر شد، توصیف کردند.
ستارهای با نام StKM 1‑1262، یک ستاره کوتولهقرمز است که حدود ۱۳۰ سال نوری از زمین فاصله دارد.
طوفان ستارهای با سرعت خیرهکننده ۵٫۳ میلیون مایل بر ساعت (۲٬۴۰۰ کیلومتر بر ثانیه) پرتاب شد. این سرعت تنها در حدود یک مورد از هر ۲٬۰۰۰ انفجار جرمی خورشیدی که از خورشید ما منتشر میشود، گزارش شده است؛ طبق گفته نویسندگان مطالعه.
یکی از نویسندگان همتحقیقاتی، سیرل تاسی، پژوهشگر وابسته در رصدخانه پاریس، در ایمیلی گفت: «ستاره همانند سطل پلاسماای با مغناطیس بسیار بالا و جوشان رفتار میکند. این انفجار ۱۰ تا ۱۰۰ هزار برابر قدرتمندتر از قویترین انفجاری است که خورشید میتواند تولید کند. این یک پنجرهای به سوی آبوهوای فضایی فراخورشیدی باز میکند.»
پرتوی متراکم و سریع مادهای که از ستاره پرت شد، آنقدر قدرتمند بود که میتوانست جو یک سیاره نزدیک به مدار را از بین ببرد.
درک چگونگی تأثیر فعالیت خشن ستارگان بر سیارههای فراخورشیدی، برای ستارهشناسانی که به دنبال تعیین امکان سکونتپذیری زندگی در هر سیارهای خارج از منظومه خورشیدی هستند، اساسی است.
جستجوی انفجارهای ستارهای
یکبار که توسط ستارهای به فضا آزاد میشوند، انفجارهای جرمی خورشیدی هنگام عبور از اتمسفر بیرونی ستاره یعنی کناپار، یک پالس از امواج رادیویی تولید میکنند.
مارک میش، دانشمند پژوهشی در مرکز پیشبینی آبوهوای فضایی سازمان ملی اقیانوسها و جو (NOAA) گفت: «آنها بادهای قدرتمند ستارهای هستند که با سرعتی بالاتر از سرعت صوت در فضای بینسیارهای اطراف حرکت میکنند و موج تکسینی تولید میکنند که شبیه صدای انفجار جت جنگنده است.» میش در این مطالعه مشارکت نداشت.
پژوهشگران سیگنال رادیویی را در حین استفاده از نرمافزار تحلیلی جدید برای بررسی یک نظرسنجی آسمانی که تقریباً ده سال پیش توسط رادیوتلسکوپ آرایه با فرکانس پایین (LOFAR) انجام شده بود، شناسایی کردند. LOFAR از هزاران آنتن در هلند و سراسر اروپا تشکیل شده است تا یک رادیوتلسکوپ بزرگ ایجاد کند.
دکتر جو کالینگام، استاد مشارک در مؤسسه نجوم آنتون پانیکوک دانشگاه آمستردام و نویسنده اصلی مطالعه، گفت: «این نوع سیگنال رادیویی وجود نخواهد داشت مگر اینکه ماده کاملاً از حباب مغناطیس قوی ستاره خارج شده باشد. به عبارت دیگر، این ناشی از یک CME است.»
تاسی و نویسنده همتحقیقی فیلیپ زارکا، پژوهشگر ارشد در رصدخانه پاریس، تکنیک تحلیلی جدیدی به نام «طیفسنجی چندپخشی رادیویی تداخلی» (RIMS) را توسعه دادند. تاسی گفت این روش بر پایه طول موجهای نوری است که از هزاران ستاره ضبط شدهاند تا آنها را پایش کرده و تغییرات زمانمندشان را تعیین کند.
تاسی گفت: «هدف این بود که سیگنالهای رادیویی از ستارهها و سیارههای فراخورشیدی شناسایی کنیم. این تکنیک برای CMEهایی که در مقیاس زمانی دقیقهها تکامل مییابند، ایدهآل است؛ بنابراین نیاز به پایش مستمر با وضوح زمانی بالا داریم.»
سیگنال شناساییشده توسط RIMS یک پالس رادیویی نوع II بود که نشان میدهد گاز داغی در حال حرکت از ستاره به فضا است. بر خلاف پرتوهای رادیویی سریع که در اثر تابشهای میلیثانیهای ناشناخته ظاهر میشوند، پالس رادیویی نوع II طی چند دقیقه اتفاق میافتد، کالینگام گفت.
کالینگام گفت: «پیشنگذاری این پالس، تراکم ماده را در حین حرکت CME به سمت بیرون رمزگذاری میکند. بنابراین نه تنها از طریق پالس رادیویی میتوانیم بفهمیم که جرم ستاره از دست رفته است، بلکه میتوانیم پارامترهای فیزیکی مانند چگالی را نیز تعیین کنیم.»
تیم از دادههای مأموریت XMM‑Newton سازمان فضایی اروپا، که در سال ۱۹۹۹ پرتاب شد، برای اندازهگیری دما، چرخش و تابش ستاره با استفاده از پرتوهای ایکس استفاده کرد.
دیوید کونین، دانشجوی دکترا در مؤسسه هلند برای رادیویی (NRA) و یکی از نویسندگان همکار مطالعه، در بیانیهای گفت: «ما به حساسیت و فرکانس LOFAR برای شناسایی امواج رادیویی نیاز داشتیم. و بدون XMM‑Newton قادر به تعیین حرکت CME یا قرار دادن آن در چارچوب خورشیدی نبودیم؛ هر دو برای اثبات نتایجمان حیاتی هستند. هیچیک از این تلسکوپها به تنهایی کافی نبود — ما به هر دو نیاز داشتیم.»
کالینگام گفت شناسایی انفجارهای جرمی خورشیدی که از ستارههای دیگر منتشر میشوند، دشوار بوده است زیرا فاصلهٔ بسیار زیاد آنها مانع مشاهده مستقیم این پدیده میشود. در حالی که نشانههای قبلی از انفجارهای جرمی خورشیدی در ستارگان دیگر ظاهر شدهاند، اغلب میتوانستند به فعالیتهای دیگری مانند فلاری قوی نسبت داده شوند و هیچ تشخیص قطعی وجود نداشت، تاسی افزود.
میچ گفت: «شواهد قبلی درباره CMEها در ستارگان دیگر عمدتاً به مراحل اولیهٔ وقوع، زمانی که پلاسما اولین بار از ستاره بلند میشود، اختصاص داشتهاند.»
اما استفاده از تلسکوپ حساس مانند LOFAR و جستجو برای سیگنال رادیویی مشّخصکننده، یک کشف مستقیم را امکانپذیر کرد، کالینگام گفت.
میچ گفت امضای انتشار با امضای شناختهشدهٔ پالسهای رادیویی نوع II از CMEهای خورشیدی مطابقت دارد.
کیوین فرانسه، استاد مشارک و اخترفیزیکدان در دانشگاه کولورادو بولدر، گفت که کشف واضح پالس رادیویی نوع II ستارهای بهمدت طولانی بهعنوان شاخصی برای انفجارهای جرمی خورشیدی از ستارگان دیگر مورد جستجو بوده است. فرانسه مطالعههای خود را بر روی انفجارهای جرمی خورشیدی انجام داده، اما در این تحقیق مشارکت نداشته است.
او در ایمیلی نوشت: «این کشف، احتمالاً قویترین شواهد موجود را مبنی بر این که این پدیده فراتر از منظومه خورشیدی رخ میدهد، فراهم میکند. این مشاهده و امیدواریم موارد مشابه، به ما امکان میدهد تا بهتر زندگی خشن اولیه این ستارگان کمجرم که بیش از ۷۰٪ کل ستارگان در کهکشان راه شیری ما را تشکیل میدهند، درک کنیم.»
جستجو برای حیات
کالینگام گفت ستارگان کوتولهقرمز میتوانند میدانهای مغناطیسی داشته باشند که بیش از ۱۰۰۰ برابر قویتر از خورشید ما هستند.
طبق مطالعه، StKM 1‑1262 دارای نیمی از جرم خورشید ما است، اما ۲۰ برابر سریعتر میچرخد و میدان مغناطیسیاش که تخمین زده میشود ۳۰۰ برابر قدرتمندتر باشد، دارد.
دانشمندان اغلب سیارههای فراخورشیدی را مییابند که به این ستارگان میچرخند؛ این سیارهها نسبت به خورشید ما بسیار کمنور، سردتر و کوچکتر هستند و در فاصلهای نزدیکتر نسبت به سیارات منظومهٔ شمسی میگردند — گاهی حتی فقط در چند روز یک دور کامل میسازند.
از آنجا که ستارههای کوتولهقرمز کمدرخشندگی و سردتر از خورشید ما هستند، منطقهٔ قابل سکونت — فاصلهای از ستاره که شرایط آن بر روی سیاره به اندازهٔ کافی گرم باشد تا امکان وجود آب مایع روی سطح را فراهم کند — بسیار کوچکتر است؛ به این معنی که سیارات به صورت فشردهتر اطراف این ستارگان کوچک قرار میگیرند.
اما ستارهشناسان مدتهاست که سؤال میپرسند آیا فروپاشیهای ناشی از ستارههای کوتولهقرمز میتوانند سیارهها را با تابشهای مضر آسیبپذیر کنند یا خیر. اگر سیارهای آب مایع بر سطح داشته باشد، که به این معنی است میتواند برای حیات قابل سکونت باشد، پس حتماً جو محافظی نیز دارد.
در حال حاضر، معلوم نیست آیا سیارهای به دور StKM 1‑1262 میچرخد یا خیر، اما براساس پژوهشهای پیشین، تقریباً هر ستارهٔ کوتولهقرمز حداقل یک سیاره را در اختیار دارد، کالینگام گفت.
کالینگام در ایمیلی نوشت: «میدان مغناطیسی محافظی که زمین دارد نمیتواند فشار CME را تحمل کند؛ این امر باعث میشود جو آن مستقیماً در معرض CME قرار گیرد (که منجر به سایش جو میشود). بنابراین حتی اگر سیاره در ناحیهٔ ایدهآل اطراف ستاره قرار داشته باشد، جو آن بهسرعت از دست خواهد رفت و تنها یک سنگ بیکاری باقی میماند (مانند مریخ).»
تاسی گفت پژوهشگران قصد دارند چگونگی تولید و آزادسازی این انرژی عظیم توسط چنین ستارگان کوچکی را بررسی کنند — و تأثیر تکرار انفجارهای جرمی خورشیدی روی سیارات نزدیک را کشف نمایند.
کالینگام همچنین سرپرست گروه علمی آرایه کیلومتری مربعی (SKA) در مؤسسهٔ هلند برای رادیویی است.
آرایه کیلومتری مربعی (SKA)، که انتظار میرود تا سال ۲۰۲۸ تکمیل شود، شامل هزاران رادیوآنتن و تا یک میلیون آنتن فرکانس پایین خواهد بود تا بزرگترین رادیوتلسکوپ جهان را ایجاد کند؛ این رادیوتلسکوپ میتواند بهدنبال انفجارهای جرمی خورشیدی منتشرشده از ستارگان دیگر بگردد.
میچ گفت: «این فقط آغاز است و امیدواریم طعم آنچه که در پیش است را به ما نشان داده باشد. امیدواریم این امر مطالعات پیگیرانهای را برانگیزد تا صحت این یافته را تأیید کنند و بهطور دقیقتری فراوانی چنین رویدادهایی را توصیف کنند.»