آیا ابن‌سینا درخشان‌ترین انفجار کیهانی را رصد کرده؟

بالغ بر ۹۹۰ سال پیش، ابن‌سینا، فیلسوف و طبیب صاحب‌نام قرن چهارم هجری، کتاب دایره‌المعارف‌‌گونه «شفاء» را به زبان عربی، و ذیل چهار بخش اصلی منطق، طبیعیات، ریاضیات، و الهیات، انتشار داد. این کتاب را می‌توان پژواکی از تحوّلات یک‌هزارساله فلسفه ارسطویی تا به آن مقطع، در چارچوب یک اثر منسجم تلقّی کرد.

در مقاله دوم از فن پنجم بخش طبیعیات این کتاب عظیم، که در آن ابن‌سینا به شرح و تفسیر رساله «آثار علویه» (Meteorology) ارسطو پرداخته، جملات نسبتاً مرموزی‌ به چشم می‌خورد که اخیراً توجّه رالف نیوهاوزر، اخترفیزیکدان دانشگاه فردریش شیلر شهر ینای آلمان را به خود جلب کرده‌‌اند؛ جملاتی با این مَطلع: "... علی صورة کوکب مِن ‌الکواکب، کالّذی ظَهَر فی سنة سبع و تسعین و ثلاث مائة الهجرة، فبَقی قریباً من ثلاثة أشهر یلطف و یلطف حتی اضمحل ..." (" ... مثل همان جرم سماوی‌ای که در سال ۳۹۷ [ه.ق.] ظاهر شد؛ نزدیک به سه ماه باقی ماند؛ کم‌نور و کم‌نورتر شد تا اینکه ناپدید گشت ..."]. به اعتقاد نیوهاوزر، این "جرم سماوی"، همان «ابرنواختر سال ۱۰۰۶» میلادی ا‌ست – درخشان‌ترین انفجار ستاره‌ای به‌ثبت‌رسیده در تاریخ مدوّن بشر.

از یک پدیده جوّی تا انفجاری ستاره‌ای

ابرنواختر (supernova)، واژه‌ایست مشتق از «نواختر» (nova)، به معنای «ستاره جدید». واژه نواختر را نخستین بار تیکو براهه، اخترشناس دانمارکی قرن شانزده میلادی، در عنوان لاتین رساله‌ای مربوط به سال ۱۵۷۲ به کار برد: «در باب ستاره‌ای جدید، که هرگز در حیات و خاطر هیچ‌کس به چشم نخورده بود». این رساله به شرح رصدهای براهه و معاصرینش از انفجار ستاره‌ای سال ۱۵۷۲ اختصاص دارد؛ انفجارهایی که گرچه امروزه به «ابرنواختر» معروف‌ شده‌اند، اما بر خلاف تصوّر اخترشناسان قدیم، نه لحظه ظهور یک ستاره جدید، بلکه لحظه پایان عمر یک ستاره (یا یک لاشه ستاره‌ای) را رقم می‌زنند. (واژه «نواختر» امروزه به انواع دیگری از انفجارهای ستاره‌ای اطلاق می‌شود که ماهیّت ادواری دارند، و در موضوع مقاله حاضر نمی‌گنجند).

تیکوبراهه و معاصرین او جزو ششمین نسل از انسان‌هایی بوده‌اند که چنین انفجارهایی را با چشم غیرمسلّح رصد کرده و به ثبت رسانده‌اند؛ انفجارهایی که فقط هفت نسل از انسان‌ها شانس تماشای‌ آن‌ها را با چشم غیرمسلّح داشته‌اند – و هفتمین نسل را هم افرادی از جمله یوهانس کپلر، شاگرد سرشناس تیکوبراهه شکل می‌داد. از آن پس – یا به عبارت دقیق‌تر، از سال ۱۶۰۴ میلادی تاکنون – هیچ ابرنواختری در همسایگی ما، در کهکشان راه شیری رخ نداده است.

از بین این هشت ابرنواختر به‌ثبت‌رسیده در تاریخ هم فقط ابرنواخترهای سال ۱۵۷۲ و ۱۶۰۴  (موسوم به ابرنواخترهای «تیکو» و «کپلر») بوده‌اند که در همان زمان هم به‌عنوان پدیده‌ای با ماهیت ستاره‌ای معرّفی شده‌ بودند. تا پیش از آن و در چارچوب جهان‌بینی ارسطویی، تصوّر می‌رفت که این پدیده‌ها به نحوی با جوّ زمین مرتبط باشند. دلیل این موضوع به این تصوّر طبیعی‌دانان قدیم برمی‌گشت که قلمرو ماورای ماه، با میزبانی از سیارات و ستارگانی که با سرعت یکنواخت بر مدارهای مستدیر (= دایره‌ای‌شکل) به گرد زمین حرکت می‌کنند، بی‌نیاز از هیچ‌گونه تغییری‌ست – چراکه عملاً در وضعیّت کمال هندسی قرار دارد. کمااینکه ارسطو در بخش دوم از کتاب اول «در باب آسمان» خود می‌نویسد: "[امر] کامل، ماهیتاً بر [امر] ناقصْ متقدّم است؛ و دایرهْ امری‌ست کامل".

اما تیکوبراهه که بخش اعظمی از عمر حرفه‌ای خود را صرف تشخیص پدیده «اختلاف منظر» (parallax) کرده بود، تفسیری متفاوت از انفجار آن سال صورت داد. اختلاف منظر به وضعیتی اطلاق می‌شود که موقعیّت ظاهری اجسام نزدیک‌تر، به‌واسطه جابجایی ناظر، نسبت به اجسام پس‌زمینه تغییر کند (مثلاً چنانچه انگشت اشاره‌تان را در نزدیکی چشمان خود بگیرید، و با یک چشم و به نوبت آن را تماشا کنید، خواهید دید که با تعویض چشم‌ها، مکان ظاهری انگشت هم نسبت به پس‌زمینه جابجا خواهد شد).

تدوین منظومه کوپرنیکی در اواخر قرن شانزده میلادی هم این دلالت را پی داشت که چنانچه زمین بر خلاف مفروضات مدل زمین‌مرکز بطلمیوسی (که در آن مقطع مورد وثوق جامعه علمی بود)، به گرد خورشید در حرکت باشد (و نه خورشید به گرد زمین)، این حرکت مداری بایستی در بلندمدّت منجر به جابجایی ظاهری موقعیت ستارگان نزدیک‌تر نسبت به ستارگان دورتر بشود. تشخیص همین «اختلاف منظر ستاره‌ای» می‌توانست مُهر تأییدی بر مدل کوپرنیکی به شمار آید و به همین‌واسطه هم تیکوبراهه رصدهای درازمدتی را به همین منظور، با چشم غیرمسلّح و ابزارآلات دقیق موقعیت‌یابی ستاره‌ای به ثمر رساند. اما او موفق به تشخیص چنین پدیده‌ای نشد (امروزه می‌دانیم که تشخیص اختلاف منظر ِ حتی نزدیک‌ترین ستارگان نیز با چشم غیرمسلّح ممکن نیست، و این پدیده برای نخستین بار در سال ۱۸۳۸، بالغ بر دو قرن پس از ابداع تلسکوپ بود که توسط اخترشناس آلمانی، فردریش بسل به ثبت رسید).

با اینکه تیکوبراهه موفق به تشخیص اختلاف منظر هیچ ستاره‌ای نشد (و بدین‌وسیله در معرّفی یک مدرک ایجابی در دفاع از منظومه کوپرنیکی ناکام ماند، و لذا هرگز حاضر به قبول این منظومه هم نشد)، اما بررسی امکان تشخیص اختلاف منظر "ستاره جدید" سال ۱۵۷۲ فرصتی شد تا او در عین حال به یک مدرک سلبی علیه جهان‌بینی ارسطویی دست پیدا کند: تیکوبراهه با تعویض موقعیت رصدی خود بر سطح زمین انتظار داشت که موقعیت ظاهری این پدیده نوظهور هم نسبت به ستارگان پس‌زمینه جابجا بشود؛ چراکه طبق روایت ارسطویی از ساختاربندی افلاک، چنین پدیده موقّت و زودگذری – که کمتر از سه ماه بعد هم رو به خاموشی گذاشت – را نمی‌‌شد از زمره اجرام متعلّق به قلمرو بی‌نقص ماورای ماه تلقّی کرد. این پدیده می‌بایست در منتهای مراتب پدیده‌ای جوّی و مربوط به فعل و انفعالات زمین، و البته «نزدیک» باشد. اما تیکوبراهه در تشخیص اختلاف منظر این ستاره هم ناکام ماند، و همین می‌توانست دال بر هر چیزی باشد الّا نزدیکی این پدیده.

ولی ۵۶۶ سال قبل‌تر از آن، چنین پدیده‌ای می‌توانست به‌راحتی حمل بر یک رخداد جوّی بشود – چراکه اساساً در آن زمان امکان‌پذیری تشخیص اختلاف منظر، هیچ‌گونه موضوعیتی در علم نجوم نداشت. ابن‌سینا روایت خود از تشخیص آنچه که امروزه به «ابرنواختر سال ۱۰۰۶» معروف شده (یعنی سومین و درخشان‌ترین ابرنواختر به‌ثبت‌رسیده در تاریخ مدوّن بشر) را در ضمن بحث از «پدیده‌های جوّی»، و تحت عنوان یک "کوکب" مطرح می‌کند (اصطلاحی که غالباً در استناد به یک «جرم سماوی» به کار می‌رفته، نه یک «ستاره» – که در متون علمی آن دوره معمولاً از آن تحت عنوان "نجم" یاد می‌شد). از همین‌رو هم این ذکر تاریخی از ابرنواختر سال ۱۰۰۶ در آسمان عرض‌های شمالی ایران عهد سامانی، تاکنون مکنون مانده بود.

از جمله دیگر پدیده‌های "جوّی"ای که امروزه معلوم شده به اعماق فصا مرتبطند، «دنباله‌دار»ها هستند. ابن‌سینا هم اطلاعات مربوط به ابرنواختر سال ۱۰۰۶ را در حاشیه بحث اصلی خود در همین‌باره، و به‌عنوان یک تکمله‌ شرح می‌دهد: "... مثل همان جرم سماوی‌ای که در سال ۳۹۷ [۱۰۰۶ میلادی] ظاهر شد". او سپس این شرح کوتاه از آن "جرم سماوی" را چنین کامل می‌‌کند:

"نزدیک به سه ماه باقی ماند؛ کم‌نور و کم‌نورتر شد، تا اینکه ناپدید گشت. در ابتدا به سیاهی می‌زد و سبزی؛ سپس از خود مدام زبانه می‌کشید، و سپس سفید و سفیدتر شد، و بعد هم کم‌نورتر و [عاقبت] خاموش گردید".

با فرض بر اینکه ابن‌سینا شخصاً این پدیده را رصد کرده بوده (و جزئیات آن را از قول کسی نقل نمی‌کند)، او در آن مقطع از عمر خود (در سن ۲۷سالگی) می‌بایست این ابرنواختر را در آسمان شهر کات، از توابع ولایت خوارزم رصد کرده باشد (که هم‌اینک در کشور ازبکستان واقع شده است). البته در این صورت ابن‌سینا را تنها رصدگر این پدیده هم نمی‌توان تلقّی کرد. علی‌‌ابن‌رضوان و الیمَنی، منجّمین مصری و یمنی، ژو کمینگ، منجّم چینی، آنالس بنه‌ونتانی، منجّم ایتالیایی، و راهبان صومعه سنت‌گال شهر سنت‌گالن سوئیس هم این "جرم سماوی" را به ثبت رسانده‌اند؛ و ذکر آن در تواریخ ابن‌اثیر، ابن‌جوزی، یحیی‌‌بن‌سعید انطاکی، و ابن‌دیبع نیز آمده است.

اما روایت ابن‌سینا از تحوّل طیف رنگی این انفجار امر جالب توجّهی‌ست؛ اگرچه با توجه به موقعیت این پدیده در آسمانِ آن مکان و آن موقع (که چندی پس از غروب آفتاب، و در نزدیکی افق بوده)، چنین تحولات رنگی‌ای می‌توانسته‌اند حاصل پدیده‌های جوی هم بوده باشند. اما با صرفنظر از مداخلات احتمالی جو، تشخیص چنین تحوّلات رنگی‌ای بعید هم نبوده (خاصه از این بابت که ابن‌سینا به تغییرات کوتا‌ه‌مدتی در سطح درخشندگی انفجار هم اشاره می‌کند: "... مدام زبانه می‌کشید") این تحولات امروزه در روند تحوّل ابرنواخترهای فراکهکشانی تشخیص داده شده‌اند.

از منظر مدرن

عاقبت در سال ۱۹۶۵ بود که بقایای گازی به‌جامانده از ابرنواختر سال ۱۰۰۶، در داده‌های دریافتی از رادیوتلسکوپ پارکز واقع در نیوساوث‌ولز استرالیا، در حوالی صورت فلکی گرگ تشخیص داده شد. تشخیص این بقایا در نور مرئی تقریباً غیرممکن است.

جستجوهای بعدی اخترشناسان در پی «لاشه» احتمالی آن ستاره (یا به عبارت دیگر، هسته چگال و لُخت باقیمانده از آن به هیأت یک ستاره نوترونی یا سیاهچاله) ناکام ماند، و این نشان از آن دارد که انفجار مربوطه به احتمال زیاد یک ابرنواختر از نوع Ia بوده است. در این‌گونه ابرنواخترها، انفجار در نتیجه برهم‌کنش دست‌کم دو ستاره رخ می‌دهد: چنانچه در یک منظومه ستاره‌ای دوتایی (که در آن دو ستاره به گرد یکدیگر در چرخش‌اند)، عمر یکی از ستاره‌ها به پایان برسد و با از دست دادن لایه‌های بیرونی خود، هسته‌اش به هیأت یک «کوتوله سفید» همچنان به گرد ستاره همسایه بچرخد، آنگاه این کوتوله سفید در بلندمدت از جوّ ستاره همسایه‌ خود گاز خواهد «مکید» و بر روی خود انباشت خواهد کرد (طرحی از این شرایط).

اما ساختار فیزیکی یک کوتوله‌ سفید به آن‌ اجازه نمی‌دهد که جرم‌‌اش از ۴ / ۱ برابر جرم خورشید تجاوز کند (آستانه‌ای موسوم به «حد چاندراسکار»). اما مسلّماً فرآیند ربایش گاز از ستاره همسایه هم حد نمی‌شناسد و لذا کوتوله سفید همچنان به انباشت جرم خود ادامه خواهد داد. اما به مجرّد آنکه جرم‌اش از حد چاندراسکار بگذرد، انرژی پتانسیل گرانشی آن در کسری از آن ثانیه با واپاشی کامل ستاره، به هیأت نور و گرما آزاد خواهد شد (و لذا لاشه‌ای هم از این ستاره باقی نخواهد ماند). نور آزادشده از این انفجار، همان چیزی‌ست که در زمین به صورت یک ابرنواختر، با ظاهری شبیه به یک ستاره فوق‌العاده درخشان رصد می‌شود؛ نوری که در اوج برونداد خود درخشندگی‌ای معادل مجموع تابش کل ستارگان کهکشان دارد (عکس مشهور تلسکوپ هابل از ابرنواختر ۱۹۹۴D در کهکشان NGC 4526 – جرم درخشان واقع در سمت پایین-چپ تصویر – این موضوع را به‌خوبی به تصویر کشیده است).

انرژی آزادشده از ابرنواخترهای نوع Ia می‌تواند ستاره همسایه را به‌طور کامل از لایه‌های بیرونی آن بپالاید و از آن ستاره هم یک کوتوله سفید به جا بگذارد. اما جستجوهای اخترشناسان در پی این بازمانده احتمالی از انفجار سال ۱۰۰۶ هم بی‌نتیجه بود، و لذا تصوّر می‌رود که آن انفجار اساساً حاصل «برخورد» دو کوتوله سفید بوده باشد.

امروزه علاوه بر رصدهای مستقیم بقایای ابرنواختر سال ۱۰۰۶ در طول موج‌های ایکس و گاما، شواهد دیگری هم از این رخداد در دست است؛ شواهدی که از وقایع‌نگاری طبیعت حاصل شده‌اند. چندی پیش، تیمی از فیزیکدانان ژاپنی موفق شده بودند که مقادیر غیرمتعارفی از تجمّع یون نیترات را در فواصل مشخصی از یک «هسته یخی»، که در سال ۲۰۰۱ از ایستگاه فوجی جنوبگان استخراج شده بود، تشخیص بدهند.

چنانچه مقطع‌برداری‌های افقی از ساقه درختان را روشی برای تشخیص سن‌ آن‌ها بدانیم، «هسته‌های یخی» هم – که در واقع همان مقاطع عمودی از یخچال‌های زمین هستند – همین کارکرد را در رابطه با تاریخچه رسوب‌گذاری این یخچال‌ها دارند. بنابراین، هرچه درازای یک هسته یخی (که اساساً یک ستون عمودی از یخ است) بیشتر باشد، بازه بیشتری از تاریخچه یخچال میزبان آن را هم برملا خواهد کرد.

آن فیزیکدانان ژاپنی متوجّه شدند که در فواصل هم‌ارز با سالیان ۱۰۰۶ و ۱۰۵۴ میلادی از تاریخچه رسوب‌گذاری یخچالی که ایستگاه فوجی بر آن احداث شده، غلظت یون نیترات به نحو چشمگیری افزایش یافته است. این دو سال، مشخّصاً با وقوع دو ابرنواختر در روایت منجّمین کهن هم مصادف‌اند.

اما همزمان شدن وقوع این دو پدیده‌ (یکی در اعماق فضا و یکی در اعماق زمین)، از سر تصادف نیست: ظهور یک ابرنواختر با برخورد موجی از ذرات باردار پرانرژی و پرتوهای گاما به جو زمین همراه خواهد بود؛ پرتوهایی که آهنگ تولید یون نیترات در لایه‌های میانی و فوقانی جو زمین را با درهم‌شکستن مولکول‌های نیتروژن و اکسیژن جو افزایش می‌دهند. انتظار می‌رود که برآیند نیترات تولیدی حاصل از برخورد بقایای آن انفجارها به جو زمین، بر «سطح» همان سال این یخچال – که به مرور زمان، هم‌اینک به «لایه»‌ای از آن بدل شده‌ – ته‌نشین شده باشد.

ابن‌سینا، گذشته از ذکر ابرنواختر سال ۱۰۰۶ در کتاب «شفاء»، اشارات مبهمی به یک پدیده نجومی نادر دیگر نیز دارد، که سابقاً مورد توجّه اخترشناسان واقع شده بود: او در مجلّد چهارم کتاب «المجسطی» خود می‌نویسد: "... گفتم که زهره را چونان نقطه سیاهی بر سطح خورشید دیدم ...". اگرچنانچه ابن‌سینا در تشخیص خود (که به احتمال زیاد در نزدیکی غروب آفتاب، و با چشم غیرمسلح رقم خورده بوده)، یک لکّه بزرگ خورشیدی را با سیاره زهره اشتباه نگرفته بوده باشد، او حقیقتاً نخستین کسی خواهد بود که پدیده بسیار نادر «گذر زهره» از برابر قرص خورشید – که تاکنون هفت بار در تاریخ مدوّن بشر به ثبت رسیده – را رصد کرده است. محاسبات حکایت از آن دارند که ابن‌سینا در طول عمر خود، فقط در تاریخ سوم خردادماه سال ۴۱۱ هجری شمسی شانس تماشای این پدیده را داشته؛ و این در حالیست که نخستین رصدهای تلکسوپی از این پدیده، تا ۶۰۷ سال بعد توسط اخترشناس بریتانیایی، یرما هوراکس، صورت نپذیرفت.