ربما يكون العلماء قد توصلوا إلى حل للفيزياء وراء “التوهجات الفائقة” الضخمة والعنيفة التي تنطلق من النجوم التي تبلغ سطوعها آلاف المرات مثل الشمس.
يثور نجمنا المضيف بانتظام بتوهجات شمسية يمكن أن تؤثر على الأرض، وإذا كانت قوية بما فيه الكفاية، فإنها تعطل البنية التحتية للاتصالات والطاقة على نطاق عالمي. لكن هذه التوهجات الشمسية هي مجرد نوبات غضب لدى الأطفال مقارنة بآلاف “التوهجات الفائقة” التي شاهدها القمر الصناعي لمسح الكواكب الخارجية العابرة (TESS) التابع لناسا وتلسكوبات كيبلر الفضائية البائدة تنفجر من نجوم أكثر سطوعًا بما يتراوح بين 100 إلى 10000 مرة من الشمس.
تتمتع النجوم فائقة التوهج بمجالات مغناطيسية أقوى من الشمس، مما يؤدي إلى توهجات أكثر سطوعًا، ويبدو أن هذه النجوم تظهر أيضًا تعزيزًا أوليًا قصير الأمد في تعزيز السطوع، يتبعه توهج ثانوي طويل الأمد (لكن أقل كثافة).
ومع ذلك، على الرغم من هذا التفاوت في الحجم والقوة، يُعتقد أن التوهجات الفائقة للنجوم الساطعة البعيدة والتوهجات الشمسية للشمس تشترك في نفس الآليات الفيزيائية الأساسية، التي تنشأ من الإطلاق المفاجئ للطاقة المغناطيسية. وهكذا، استخدم فريق من العلماء بقيادة باحث ما بعد الدكتوراه في معهد جامعة هاواي لعلم الفلك كاي يانغ والأستاذ المساعد شيودونغ صن التوهجات الشمسية كبديل للتوهجات الفائقة لنمذجة هذه الانفجارات الهائلة للبلازما.
متعلق ب: “ثقب” ضخم في الشمس يزيد عرضه عن 60 كرة أرضية يقذف رياحًا شمسية فائقة السرعة نحونا
“من خلال تطبيق ما تعلمناه عن الشمس على نجوم أخرى أكثر برودة، تمكنا من تحديد الفيزياء التي تحرك هذه التوهجات، على الرغم من أننا لم نتمكن من رؤيتها بشكل مباشر أبدًا”، هذا ما قاله القائد المشارك للفريق ومعهد ما بعد الدكتوراه لعلم الفلك بجامعة هاواي. وقال الباحث كاي يانغ في بيان. “إن السطوع المتغير لهذه النجوم مع مرور الوقت ساعدنا في الواقع على رؤية هذه التوهجات التي هي في الواقع أصغر بكثير من أن نلاحظها بشكل مباشر.”
إبقاء العلماء في الحلقة
وقد افترض العلماء أن الحلقات الإكليلية، وهي عبارة عن أطواق ضخمة من البلازما تتبع مسار خطوط المجال المغناطيسي التي تظهر على الشمس، قد تكون موجودة في التوهجات الفائقة أيضًا. ومع ذلك، إذا كانت موجودة، فيجب أن تكون هذه الحلقات كثيفة بشكل لا يصدق على النجوم فائقة التوهج؛ وحتى الآن، لم يتمكن علماء الفيزياء الفلكية من اختبار هذه الفكرة. من وجهة نظرنا على الأرض، يمكننا فقط رؤية الحلقات الإكليلية على الشمس.
لكن هناك ميزة أخرى يمكن أن تشير إلى وجود الحلقات الإكليلية لهذه النجوم البعيدة، كما يقول الفريق.
وعلى وجه الخصوص، رصد كبلر وتيس بعض النجوم ذات “نتوء” غريب في منحنيات الضوء المرتبطة بها. يبدو أن “ذروة النتوء”، كما يطلق عليها، تمثل قفزة في السطوع وتؤدي إلى منحنى ضوئي يشبه ظاهرة تظهر على الشمس عندما يتبع انفجار أولي من الضوء ذروة ثانية أكثر تدرجًا للضوء – وهي ظاهرة تسمى “التوهجات الشمسية في المرحلة المتأخرة”.
أراد صن ويانغ وزملاؤه معرفة ما إذا كانت هذه التحسينات المفترضة في سطوع المرحلة المتأخرة في الضوء المرئي على النجوم البعيدة يمكن أن تكون ناجمة عن حلقات نجمية ضخمة مثل الحلقات الإكليلية للشمس، مما يتسبب في اختلاف سطوع نجمنا. ولاختبار هذه النظرية، لجأ الفريق إلى المحاكاة الحاسوبية للسوائل التي تحاكي الحلقات الإكليلية، مما أدى بشكل دوري إلى زيادة طول الحلقات وزيادة الطاقة المغناطيسية خلفها.
قصص ذات الصلة:
— أحيانًا ما يحدث خلل في النجوم الأكثر تطرفًا في عالمنا — ربما نعرف الآن السبب
— تساعد العواصف المغناطيسية التاريخية العلماء على معرفة ما يمكن توقعه عندما تضربها
– هذا الكوكب الخارجي “المحظور” ضخم جدًا بالنسبة لنجمه
ووجد الفريق أن طاقات التوهج الكبيرة ستضخ كتلة أكبر في هذه الحلقات على النجوم الأكثر سطوعًا، مما يزيد من كثافتها تمامًا كما كان متوقعًا. وهذا من شأنه أن يسمح بالفعل للحلقات النجمية الكثيفة بالمساهمة في انبعاثات الضوء المرئي. وخلص العلماء إلى أنه مع مقياس زمني تطوري أطول، ستنتج الحلقات بالتأكيد ذروة انبعاث ثانوية مميزة، تمامًا كما يظهر في منحنيات الضوء التي جمعها TESS وKepler.
ووجد الفريق أيضًا أن “النتوء” المتأخر للضوء الذي يُرى في الأطياف الضوئية للنجوم البعيدة المتوهجة سيكون نتيجة لبلازما شديدة الحرارة في أعلى نقاط الحلقات الإكليلية المرتبطة بالنجوم التي تبرد ثم تتراجع. إلى النجم كمادة متوهجة. وفي المقابل، فإن هذه العملية برمتها ستؤدي إلى تسخين الغلاف الجوي.
ويعتقد الفريق أن هذا الاكتشاف يدعم نموذجهم لأنه يشبه الأمطار الإكليلية التي شوهدت تتساقط من الحلقات الإكليلية التي تتسبب في ارتفاع حرارة الغلاف الجوي للشمس.
تم نشر بحث الفريق في 6 ديسمبر في مجلة The مجلة الفيزياء الفلكية.