ستاره‌ای تپنده همدمی نامرئی را لو می‌دهد

سیاه‌چاله‌ها و ستارگان نوترونی‌ای که ماده نمی‌بلعند تقریباً به‌طور مستقیم دیده نمی‌شوند. یکی از راه‌های یافتنشان، زیر نظر گرفتن ستارهٔ مرئی‌ای است که با آن در مدار می‌گردند. به گفتهٔ مقاله، اخترشناسان از این راه شمار فزاینده‌ای از این نامزدهای «خفته» را یافته‌اند، و بازهٔ جرمی میان سنگین‌ترین ستارگان نوترونی و سبک‌ترین سیاه‌چاله‌ها همچنان کم رصد شده است.

TIC 160582982 راهی نامعمول پیش می‌نهد: خود ستاره یک ساعت است.

ستاره‌ای که زمان را نگه می‌دارد

TIC 160582982 یک ستارهٔ دلتا سپری (δ Scuti) است: ستاره‌ای داغ و تندچرخ از رده A که هم‌زمان در مُدهای فشاری بسیاری ارتعاش می‌کند. تیمی به سرپرستی چنگ‌لونگ لو، از رصدخانهٔ نجومی سین‌کیانگِ آکادمی علوم چین و مؤسسهٔ اخترفیزیک آندلس در گرانادا، حدود 352 روز اندازه‌گیری تلسکوپ فضایی TESS را تحلیل کرد و 128 بسامد را از نور سوسوزن آن بیرون کشید.

وقتی چنین ستاره‌ای به دور همدمی می‌گردد، گاهی کمی دورتر از ما و گاهی کمی نزدیک‌تر است. نورش گاهی دیرتر و گاهی زودتر به ما می‌رسد — از این رو تپش‌ها در چرخه‌ای منظم زودتر و دیرتر به نظر می‌آیند. اندازه‌گیری این جابه‌جایی مدار را ترسیم می‌کند. به این مدولاسیون فاز (phase modulation) می‌گویند.

مداری 89 روزه با همدمی سنگین

شش تپش پایدار که با هم به‌عنوان ساعت به کار رفتند پاسخ سازگاری می‌دهند:

• دورهٔ مداری: 89.29 ± 0.19 روز، روی مداری بسیار کشیده (خروج از مرکز 0.54).
• اندازهٔ تصویرشدهٔ مدار ستارهٔ مرئی (نیم‌قطر بزرگ آن) حدود 146 ثانیهٔ نوری یا 0.29 واحد نجومی است.
• «تابع جرم» حاصل، که ترکیبی از دو جرم است، 0.416 جرم خورشیدی است — برای ستاره‌ای از این نوع بزرگ.

روش دوم و مستقلی، بر پایهٔ قله‌های جانبی‌ای که مدار در اطراف دو تپش قوی‌تر پدید می‌آورد، همان مدار را می‌دهد: 89.36 روز.

ستارهٔ مرئی حدود 1.93 جرم خورشیدی وزن دارد، در فاصلهٔ حدود 263 پارسک است و 37.6 برابر خورشید درخشان است. ترکیب این با مدار یعنی همدم دست‌کم حدود 1.8 جرم خورشیدی وزن دارد — کمینه‌ای که وقتی مدار را دقیقاً از لبه ببینیم به دست می‌آید. اگر همدم ستاره‌ای معمولی بود، بهترین برآورد حدود 2.2 جرم خورشیدی می‌شد.

نور گمشده

ستارهٔ معمولی‌ای با این جرم باید به آسانی دیده شود. تیم محاسبه کرد که چنین ستاره‌ای چه مقدار نور می‌افزاید: برای همدمی 1.70 تا 1.86 جرم خورشیدی، حدود 18 تا 26٪ نور سامانه در نوارهای مرئی و فروسرخ؛ در 2.3 جرم خورشیدی، حدود 43٪.

اما نور سامانه، که از مرئی تا فروسرخ میانی اندازه‌گیری شده، بی هیچ مازاد فروسرخی، کاملاً با تنها یک ستارهٔ رده A جور درمی‌آید. طیف‌های آرشیوی نیز هیچ دستهٔ دوم آشکاری از خطوط نشان نمی‌دهند، هرچند چرخش سریع ستاره خطوطش را محو می‌کند. به نوشتهٔ نویسندگان، یک همدم معمولیِ تنها «به‌شدت نامحتمل» است.

دو مظنون باقی می‌مانند

دو توضیح باقی می‌ماند و داده‌های کنونی نمی‌توانند میانشان تمایز بگذارند:

1. جفتی پنهان. همدم خود می‌تواند جفتی فشرده از ستارگان باشد، مثلاً دو ستاره هر یک حدود 0.9 جرم خورشیدی. این دو با هم جرم لازم را فراهم می‌کنند در حالی که تنها حدود 4٪ به نور مرئی و 8 تا 9٪ به نور فروسرخ می‌افزایند.
2. ستاره‌ای مرده. یک بقایای فشرده — ستارهٔ نوترونی یا حتی سیاه‌چاله‌ای با جرم ستاره‌ای — نور اندکی می‌افزاید یا اصلاً نمی‌افزاید.

تیم همچنین سیگنال کندتری یافت که هر 0.544 روز تکرار می‌شود و شدتش همراه با مدار بالا و پایین می‌رود و نزدیک کمترین فاصلهٔ دو جرم به اوج می‌رسد. شاید تپشی باشد که نیروهای کشندی مدار کشیده آن را برآشفته‌اند، اما نویسندگان آن را فقط به‌عنوان نامزد طبقه‌بندی می‌کنند.

طیف‌هایی در طول یک مدار کامل

آزمون تعیین‌کننده طیف‌سنجی است: طیف‌های پرتفکیکی که مکرراً در طول یک مدار کامل 89 روزه گرفته شوند، مدار را به‌طور مستقل وارسی می‌کنند و به دنبال خطوط کم‌نوری می‌گردند که همراه یک همدم یا همراه دو ستارهٔ یک جفت پنهان جابه‌جا می‌شوند. اندازه‌گیری‌های آیندهٔ رصدخانهٔ فضایی گایا، که باید لرزش ستاره را به اندازهٔ حدود یک‌هزارم ثانیهٔ قوسی ببیند، می‌توانند شیب مدار و جرم کل همدم را مشخص کنند.

بر پایهٔ فهرست arXiv، این مقاله در The Astrophysical Journal پذیرفته شده است؛ نسخه‌ای که اینجا خوانده شده دست‌نوشتهٔ نویسندگان است.