ربما يكون علماء الفلك قد حلوا أخيرًا لغز كيفية احتفاظ النجوم الميتة فائقة الكثافة التي تسمى الأقزام البيضاء بأصدافها المعدنية الثقيلة طازجة – عن طريق تفكيك ما تبقى من أنظمتها الكوكبية.
من المقرر أن تتحول شمسنا إلى قزم أبيض في حوالي خمسة مليارات سنة، بعد نفاد الهيدروجين الذي يغذي الاندماج النووي في قلبها. وبالتالي فإن البحث الجديد قد يعطينا تلميحًا حول ما يمكن أن يحدث لبقية النظام الشمسي بعد حدوث هذا التحول.
تتشكل الأقزام البيضاء عندما تموت نجوم مثل الشمس، مما يؤدي إلى تكوين بقايا نجمية كتلتها تقارب كتلة الشمس وعرضها يقارب كتلة الأرض. وهم النجوم الأكثر شيوعاً في مجرة درب التبانة، إذ يشكلون 97% من الأجسام النجمية. ومع ذلك، وعلى الرغم من القواسم المشتركة بينها في مجرتنا، فإن التركيب الكيميائي للأقزام البيضاء يمثل لغزًا. وذلك لأن أسطح هذه البقايا النجمية مزينة بعناصر أثقل من الهيليوم، والتي يسميها علماء الفلك “المعادن”.
الآن، اكتشف فريق من العلماء أن المعادن الأثقل مثل السيليكون والمغنيسيوم والكالسيوم تجد طريقها إلى سطح الأقزام البيضاء عندما تلتهم هذه النجوم الزومبية الأجسام الصخرية الصغيرة التي تدور حولها، مثل المذنبات والكويكبات. كما حدد الباحثون الآلية التي تستخدمها الأقزام البيضاء لتغذية نفسها عن طريق تراكم الكواكب المصغرة.
متعلق ب: يحصل نجم الزومبي على ندبة معدنية أثناء مضغ كواكبه: “لم يتم رؤية شيء مثل هذا من قبل”
وقالت عضو فريق الدراسة آن ماري ماديجان، أستاذة الفيزياء الفلكية وعلوم الكواكب في جامعة كولورادو بولدر، في بيان: “إن الغالبية العظمى من الكواكب في الكون ستدور في نهاية المطاف حول قزم أبيض”. “من الممكن أن يتم التهام 50% من هذه الأنظمة بواسطة نجومها، بما في ذلك نظامنا الشمسي. الآن، لدينا آلية لشرح سبب حدوث ذلك.”
كيف تبقى الأقزام البيضاء معدنية ثقيلة؟
كان الاكتشاف الأولي للمعادن الثقيلة على سطح الأقزام البيضاء أمرًا محيرًا. وذلك لأنه من خلال انهيار هذه النجوم، عندما تتحول من نجوم التسلسل الرئيسي إلى الأقزام البيضاء، يجب أن تغوص المعادن الثقيلة في الأجزاء الداخلية من هذه البقايا النجمية.
وقال تاتسويا أكيبا، عضو فريق الدراسة، وهو مرشح لدرجة الدكتوراه في الجامعة: “نحن نعلم أنه إذا كانت هذه المعادن الثقيلة موجودة على سطح القزم الأبيض، فإن القزم الأبيض يكون كثيفًا بدرجة كافية بحيث تغوص هذه المعادن الثقيلة بسرعة كبيرة نحو القلب”. كولورادو. “لذا، لا ينبغي أن ترى أي معادن على سطح القزم الأبيض إلا إذا كان القزم الأبيض يأكل شيئًا ما.”
يؤدي هذا إلى سؤال: كيف تتغذى نجوم الزومبي هذه على محيطها بطريقة تتجدد فيها المعادن الثقيلة باستمرار على سطحها؟
للتحقيق في هذا الأمر، أنشأ الفريق محاكاة حاسوبية أعادت إنشاء قزم أبيض يحصل على “ركلة الولادة” التي تتلقاها هذه البقايا أثناء تكوينها نتيجة لفقدان المواد في الاتجاه المفضل. وهذا يغير حركة القزم الأبيض وديناميكيات المادة المحيطة به.
وقال أكيبا: “تساعدنا عمليات المحاكاة على فهم ديناميكيات الأجسام الفيزيائية الفلكية المختلفة. لذا، في هذه المحاكاة، نرمي مجموعة من الكويكبات والمذنبات حول القزم الأبيض، وهو أكبر بكثير، ونرى كيف تتطور المحاكاة وأي منها ستتطور”. هذه الكويكبات والمذنبات يأكلها القزم الأبيض.”
وفي 80% من اختبارات الفريق، غيرت ركلة القزم الأبيض السابقة للولادة مدارات الكويكبات والمذنبات إلى مسافة تعادل 240 ضعف المسافة بين الأرض والشمس. أصبحت هذه المدارات المتغيرة أكثر استطالة واصطفافًا مع بعضها البعض. ووجدوا أيضًا أن 40% من الكواكب المصغرة التي أكلها قزم أبيض كانت لها مدارات رجعية، مما يعني أنها كانت تدور حول بقايا النجم في اتجاه معاكس لدورانها.
سمح الفريق بتشغيل المحاكاة لمدة 100 مليون سنة، ووجد أن الكواكب المصغرة القريبة من القزم الأبيض، على مسافات تبلغ حوالي 30 ضعف المسافة بين الأرض والشمس – تقريبًا المسافة المدارية لنبتون – بقيت في مدارات طويلة وبدأت تتحرك كوحدة واحدة .
وقال ماديجان: “أعتقد أن هذا شيء فريد من نوعه في نظريتنا: يمكننا تفسير سبب استمرار أحداث التراكم لفترة طويلة”. “في حين أن الآليات الأخرى قد تفسر حدث التراكم الأصلي، فإن عمليات المحاكاة التي أجريناها مع الركلة توضح سبب حدوثها بعد مئات الملايين من السنين.”
تشير النتائج إلى وجود معادن ثقيلة على أسطح الأقزام البيضاء لأن نجوم الزومبي هذه، مثل المخلوقات غير الميتة من فيلم جورج روميرو، تتحرك بلا عقل إلى الأمام وتستهلك باستمرار كل ما هو في طريقها.
قصص ذات الصلة:
– قبل الانفجار مباشرة، نفث هذا النجم كتلة تعادل كتلة الشمس
– قد تحتوي بقايا انفجار المستعر الأعظم الغريبة على نجم فائق الكثافة
– قد تحتوي بقايا انفجار المستعر الأعظم الغريبة على نجم فائق الكثافة
في المستقبل، يأمل الفريق في زيادة نطاق المحاكاة لمعرفة ما يحدث عندما تتفاعل الأجسام الأكبر من المذنبات والكويكبات، مثل الكواكب، مع الأقزام البيضاء.
وحتى ذلك الحين، تكشف هذه النتائج عما يجري حول النجوم الأكثر شيوعًا في درب التبانة، وتكون بمثابة كرة بلورية للنظر في مستقبل النظام الشمسي.
وخلص ماكنتاير إلى أن “الكواكب المصغرة يمكن أن تمنحنا نظرة ثاقبة للأنظمة الشمسية الأخرى وتركيبات الكواكب خارج المكان الذي نعيش فيه في منطقتنا الشمسية”. “الأقزام البيضاء ليست مجرد عدسة للماضي. إنها أيضًا بمثابة عدسة للمستقبل.”
نُشر بحث الفريق الشهر الماضي في مجلة The Astrophysical Journal Letters.