تنفجر “نجوم مصاصي الدماء” بعد الإفراط في تناول الطعام، وقد يساعد الذكاء الاصطناعي في الكشف عن السبب

لجأ العلماء إلى الذكاء الاصطناعي (AI) لفهم سبب انفجار بعض بقايا النجوم الميتة التي تسمى النجوم القزمة البيضاء.

يمكن أن تكون هذه الانفجارات النشطة، والتي تسمى المستعرات الأعظم من النوع Ia، مسؤولة عن تكوين العناصر الثقيلة وزرعها عبر الكون. وهذه العناصر هي التي يمكن أن تستمر لتصبح اللبنات الأساسية لنجوم المستقبل، أو الكواكب، أو حتى الحياة. تعتبر الانبعاثات المرتبطة بالمستعرات الأعظم من النوع Ia أيضًا مميزة جدًا لدرجة أن علماء الفلك يشيرون إلى هذه الأحداث باسم “الشموع القياسية” ويستخدمونها لقياس المسافات الكونية الشاسعة.

ومع ذلك، فإن هذه الانفجارات الكونية تختلف تمامًا عن المستعرات الأعظم التي تصاحب موت النجوم الضخمة، والتي تؤدي إلى ولادة النجوم النيوترونية والثقوب السوداء. تحدث المستعرات الأعظم من النوع Ia عندما يتغذى نجم قزم أبيض “ميت” على مادة تم نزعها من نجم شريك.

ومع ذلك، على الرغم من أهمية المستعرات الأعظم من النوع Ia في التطور الكوني وفائدتها كأداة قياس سماوية، إلا أن علماء الفلك ما زالوا لا يعرفون بالضبط كيف ولماذا تحدث.

متعلق ب: الأقزام البيضاء هي نجوم زومبي “هيفي ميتال” تعمل على تفكيك أنظمتها الكوكبية الميتة إلى ما لا نهاية

“عند دراسة المستعرات الأعظم، نقوم بتحليل أطيافها. تُظهر الأطياف شدة الضوء على أطوال موجية مختلفة، والتي تتأثر بالعناصر التي تم إنشاؤها في المستعر الأعظم. يتفاعل كل عنصر مع الضوء بأطوال موجية فريدة، وبالتالي، يترك توقيعًا فريدًا على الأطياف وقال مارك ماجي، المؤلف الرئيسي للبحث، من جامعة وارويك، في بيان: “يمكن أن يساعد تحليل هذه التوقيعات في تحديد العناصر التي يتم إنشاؤها في المستعر الأعظم وتقديم مزيد من التفاصيل حول كيفية انفجار المستعرات الأعظم.”

لماذا تنفخ الأقزام البيضاء قممها؟

وفي غضون حوالي 5 مليارات سنة، سوف ينفد الهيدروجين من الشمس، وهو الوقود الضروري للاندماج النووي في قلبها. إن نهاية اندماج الهيدروجين مع الهيليوم ستؤدي أيضًا إلى قطع ضغط الإشعاع الخارجي الذي يدعم الشمس حاليًا ضد الدفع الداخلي لجاذبيتها.

سوف ينهار قلب الشمس؛ سوف تنتفخ طبقاتها الخارجية، التي لا يزال يحدث فيها الاندماج النووي. سيؤدي ذلك إلى تحويل الشمس إلى عملاق أحمر، وهي المرحلة التي ستشهد توسعها إلى مدار المريخ. وهذا يعني أن الكواكب الداخلية للنظام الشمسي، بما في ذلك الأرض، سوف تبتلع.

ستستمر مرحلة العملاق الأحمر هذه حوالي مليار سنة، أي حوالي 10% من إجمالي عمر الشمس. خلال هذه المرحلة، سوف تتفرق طبقات الشمس الخارجية المنتفخة وتبرد. وستكون النتيجة النهائية نواة نجمية مشتعلة، أو قزمًا أبيض، محاطًا بسحابة من الغاز والغبار تسمى السديم الكوكبي (ومن المفارقات أنه لا علاقة له بالكواكب على الإطلاق). بالنسبة للشمس، فإن مرحلة القزم الأبيض ستمثل نهاية وجودها.

وتتحول أيضًا نجوم أخرى بحجم الشمس تقريبًا إلى أقزام بيضاء، ولكن إذا كان لديهم شريك ثنائي، فقد لا تكون هذه نهاية حياتهم. وبدلاً من التلاشي، قد تخرج بعض الأقزام البيضاء بقوة.

تمامًا مثل مصاص الدماء الذي يخرج من القبر ليتغذى على دماء ضحية بريئة، إذا كانت جثة قزم أبيض نجمي قريبة بدرجة كافية من نجم مرافق (أو إذا كان هذا النجم قد تضخم خلال مرحلة العملاق الأحمر الخاص به) فيمكنه البدء في التغذية. على المادة النجمية لضحيته.

ومع ذلك، لا يمكن للمادة الصادرة عن هذا النجم المانح أن تسقط مباشرة على سطح القزم الأبيض، وذلك بسبب الحفاظ على الزخم الزاوي. بل إنه يشكل قرصًا بين النجم المانح والقزم الأبيض، مصنوعًا من مادة تتغذى تدريجيًا على البقايا النجمية الكثيفة. وتتراكم هذه المادة المتراكمة على سطح البقايا النجمية، مما يزيد من كتلة القزم الأبيض إلى ما هو أبعد من ما يسمى بحد شاندراسيخار، والذي يساوي 1.4 مرة كتلة الشمس. يمثل هذا حد الكتلة الذي يجب على النجم تجاوزه ليصبح مستعرًا أعظم.

تؤدي التغذية الآكلة للحوم البشر لقزم أبيض على نجم مانح في النهاية إلى انفجار نووي حراري هارب: مستعر أعظم من النوع Ia.

أحد الاختلافات الرئيسية بين المستعرات الأعظم من النوع Ia والمستعرات الأعظم “الانهيار الأساسي”، والتي تحدث عندما تسقط نوى النجوم الضخمة على نفسها، وتسحقها حتى تولد نجومًا نيوترونية أو ثقوبًا سوداء، هو أن الأقزام البيضاء تتدمر بالكامل بسبب الانفجار الذي يحدث. نتيجة لتغذيتهم المفترسة.

لفهم هذه العملية بشكل أفضل، لجأ فريق جامعة وارويك إلى التعلم الآلي. ومن خلال استخدام هذا النوع من الذكاء الاصطناعي، تمكن الفريق من تسريع عمليات محاكاة المستعرات الأعظم من النوع Ia، والتي تستغرق تقليديًا قدرًا كبيرًا من الوقت وكمًا هائلاً من القوة الحاسوبية. وأوضح الفريق أن النموذج الواحد قد يستغرق عادةً ما بين 10 إلى 90 دقيقة.

وقال ماجي: “نريد مقارنة مئات أو آلاف النماذج لفهم المستعر الأعظم بشكل كامل. وهذا غير ممكن حقًا في كثير من الحالات”. “سوف يبتعد بحثنا الجديد عن هذه العملية الطويلة. وسوف نقوم بتدريب خوارزميات التعلم الآلي على الشكل الذي تبدو عليه الأنواع المختلفة من الانفجارات ونستخدمها لإنشاء نماذج بسرعة أكبر بكثير.”

وأضاف أنه بطريقة مشابهة لكيفية توظيف البشر للذكاء الاصطناعي لإنشاء عمل فني أو نص، سيتمكن الباحثون من إنشاء محاكاة للمستعرات الأعظم. يمكن للفريق الآن مقارنة النتائج التي قدمتها عمليات المحاكاة المدعومة بالذكاء الاصطناعي مع الملاحظات الواقعية للمستعرات الأعظم الفعلية من النوع Ia.

وقال ماجي: “سنكون قادرين على توليد آلاف النماذج في أقل من ثانية، وهو ما سيكون بمثابة دفعة كبيرة لأبحاث المستعرات الأعظم”. “من هذه البيانات، نقوم بإعداد نماذج، والتي تتم مقارنتها بالمستعرات الأعظم الحقيقية لتحديد نوع المستعر الأعظم وكيف انفجر بالضبط.”

ومع ذلك، فإن فوائد هذا النهج لا تقتصر على السرعة. ستسمح الدقة المتزايدة للعملية القائمة على الذكاء الاصطناعي أيضًا للباحثين بتحديد نطاق العناصر المتكونة حول الانفجارات من النوع Ia بشكل أفضل والتي تنتشر بعد ذلك في الكون.

وقال ماجي: “يعد استكشاف العناصر الصادرة عن المستعرات الأعظم خطوة حاسمة في تحديد نوع الانفجار الذي حدث، حيث تنتج أنواع معينة من الانفجارات بعض العناصر أكثر من غيرها”. “يمكننا بعد ذلك ربط خصائص الانفجار بخصائص المجرات المضيفة للمستعر الأعظم وإقامة صلة مباشرة بين كيفية حدوث الانفجار ونوع القزم الأبيض الذي انفجر.”

قصص ذات الصلة:

– قبل الانفجار مباشرة، نفث هذا النجم كتلة تعادل كتلة الشمس

– قد تحتوي بقايا انفجار المستعر الأعظم الغريبة على نجم فائق الكثافة

– نظير داخل بقايا مستعر أعظم عمره 800 عام وشاهد نجمًا “زومبيًا”

سيحاول الفريق الآن توسيع عمليتهم بحيث يمكن تطبيقها على المستعرات الأعظم الأخرى، بما في ذلك تلك المرتبطة بتكوين النجوم النيوترونية والثقوب السوداء. يمكن أن يساعد هذا في ربط خصائص هذه المستعرات الأعظم بالمجرات التي تحدث فيها.

وقال توماس كيليستين، عضو الفريق من جامعة توركو: “مع المسوحات الحديثة، أصبح لدينا أخيرًا مجموعات بيانات بالحجم والجودة لمعالجة بعض الأسئلة الرئيسية المتبقية في علم المستعرات الأعظم: كيف تنفجر بالضبط”. “إن مناهج التعلم الآلي مثل هذه تمكن من دراسة أعداد أكبر من المستعرات الأعظم، بمزيد من التفصيل، وبتناسق أكبر من الأساليب السابقة.”

نُشر بحث الفريق في شهر مايو في الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية (MNRAS)،