میدان‌های مغناطیسی راز تولد ستاره‌های دوتایی را فاش کردند

پژوهشگران با استفاده از شبیه‌سازی‌های پیشرفته رایانه‌ای به شواهدی دست یافته‌اند که نشان می‌دهد میدان‌های مغناطیسی نقشی کلیدی در شکل‌گیری سامانه‌های ستاره‌ای دوتایی ایفا می‌کنند؛ کشفی که می‌تواند یکی از معما‌های قدیمی اخترفیزیک را حل کند و حتی سرنخ‌هایی درباره رشد و ادغام سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم در اختیار دانشمندان قرار دهد.

به گزارش ساینس دیلی، ستاره‌ها از فروپاشی ابر‌های عظیم گاز و غبار میان‌ستاره‌ای تحت تاثیر نیروی گرانش متولد می‌شوند. این فرایند باعث شکل‌گیری نواحی متراکمی موسوم به هسته‌های ابر مولکولی می‌شود. از آنجا که معمولا چندین ستاره در یک ابر گازی شکل می‌گیرند برخی از آنها در نهایت به صورت گرانشی به یکدیگر متصل شده و سامانه‌های ستاره‌ای دوتایی را ایجاد می‌کنند؛ سامانه‌هایی که در آن دو ستاره به دور مرکز جرم مشترک خود گردش می‌کنند.

سامانه‌های دوتایی در کهکشان راه شیری بسیار رایج هستند و اخترشناسان مدت‌هاست بر این باورند که بسیاری از این جفت‌های ستاره‌ای در مراحل بسیار اولیه تولد ستارگان و پیش از تکامل کامل آنها شکل می‌گیرند. با این حال توضیح اینکه چگونه دو پیش‌ستاره (Protostar) جوان می‌توانند در مدت‌زمانی مناسب به اندازه کافی به یکدیگر نزدیک شوند تا یک سامانه دوتایی پایدار تشکیل دهند همواره یکی از چالش‌های مهم نظریه‌های شکل‌گیری ستاره بوده است.

نقش تعیین‌کننده میدان‌های مغناطیسی

برای بررسی این مسئلهگروهی از پژوهشگران مجموعه‌ای از شبیه‌سازی‌های پیچیده را با بهره‌گیری از چند ابررایانه از جمله سامانه ATERUI III و نسل پیشین آن ATERUI II متعلق به رصدخانه ملی اخترشناسی ژاپن انجام دادند.

نتایج این شبیه‌سازی‌ها نشان داد که برهم‌کنش میان میدان‌های مغناطیسی موجود در فضای میان‌ستاره‌ای و گاز‌های اطراف پیش‌ستاره‌های جوان می‌تواند بخشی از تکانه زاویه‌ای (Angular Momentum) این اجرام را از بین ببرد. تکانه زاویه‌ای یکی از عوامل اصلی مقاومت در برابر نزدیک شدن دو جرم در حال چرخش به یکدیگر است.

به گفته پژوهشگران هنگامی که میدان‌های مغناطیسی این تکانه زاویه‌ای را کاهش می‌دهند پیش‌ستاره‌ها قادر می‌شوند به تدریج به هم نزدیک‌تر شوند و در نهایت یک سامانه دوتایی را در بازه زمانی واقع‌بینانه و سازگار با مشاهدات نجومی تشکیل دهند.

مقایسه با سناریوی بدون میدان مغناطیسی

اهمیت میدان‌های مغناطیسی زمانی آشکارتر شد که دانشمندان یک شبیه‌سازی مقایسه‌ای بدون حضور میدان مغناطیسی اجرا کردند. در این حالت برخلاف انتظار دو پیش‌ستاره به جای نزدیک شدن به یکدیگر به تدریج از هم فاصله گرفتند.

این نتیجه نشان می‌دهد که بدون اثر میدان‌های مغناطیسی شکل‌گیری بسیاری از سامانه‌های ستاره‌ای دوتایی که امروزه در سراسر کهکشان مشاهده می‌شوند بسیار دشوار یا حتی غیرممکن خواهد بود.

پژوهشگران معتقدند سازوکار مشابهی ممکن است در مورد جفت سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم نیز عمل کند. این سیاه‌چاله‌ها معمولا پس از ادغام دو کهکشان در مرکز کهکشان تازه‌تشکیل‌شده قرار می‌گیرند.
در نواحی مرکزی این کهکشان‌های جوان که سرشار از گاز هستند میدان‌های مغناطیسی می‌توانند به کاهش تکانه زاویه‌ای سیاه‌چاله‌های دوتایی کمک کنند. در نتیجه این اجرام عظیم به تدریج به یکدیگر نزدیک‌تر شده و شرایط لازم برای ادغام نهایی آنها فراهم می‌شود.

چنین فرایندی می‌تواند توضیح دهد که چگونه سیاه‌چاله‌ها در نهایت به اندازه کافی به هم نزدیک می‌شوند تا با یکدیگر ادغام شده و یک سیاه‌چاله ابرپرجرم یا فوق‌العاده عظیم را به وجود آورند.

با وجود این یافته‌ها شبیه‌سازی مستقیم رفتار جفت سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم در بازه‌های زمانی بسیار طولانی که برای نزدیک شدن و ادغام آنها لازم است همچنان از نظر محاسباتی بسیار دشوار و پرهزینه است. به همین دلیل پژوهشگران تاکید می‌کنند که برای درک دقیق تاثیر میدان‌های مغناطیسی بر تکامل و ادغام سیاه‌چاله‌های دوتایی، مطالعات و شبیه‌سازی‌های پیشرفته‌تری در آینده مورد نیاز خواهد بود.

این تحقیق نه‌تنها می‌تواند به حل یکی از معما‌های دیرینه شکل‌گیری سامانه‌های ستاره‌ای دوتایی کمک کند بلکه دیدگاه تازه‌ای درباره فرآیند رشد سیاه‌چاله‌های عظیم و تحول ساختار‌های بزرگ کیهانی ارائه می‌دهد.