اكتشف العلماء السر المروع وراء الشباب الواضح لبعض النجوم في قلب درب التبانة – النجوم المشاركة في نوع من دربي الهدم الكوني حول الثقب الأسود الهائل في مجرتنا، Sagittarius A*، أو Sgr A*.
مثل النسخة الكونية من القاتلة المتسلسلة إليزابيث باثوري في القرن السابع عشر، والتي من المفترض أنها سعت إلى الحفاظ على توهج شبابها من خلال الاستحمام في دماء ضحاياها، يبدو أن بعض هذه النجوم تظل تبدو شابة من خلال الاصطدام بالنجوم المجاورة لها وتغطية نفسها بالنجوم. المواد النجمية المسروقة. تترك عملية أكل لحوم البشر هذه الضحية النجمية كنجم “زومبي” غريب ومجرد وتحكم على نجم آكل لحوم البشر بالموت المبكر.
هذا مجرد لمحة سريعة عن النتائج الغريبة التي ظهرت من محاكاة 1000 نجم مكتظ بكثافة تدور حول الثقب الأسود المركزي الهائل في مجرة درب التبانة، وهي دراسة أجراها علماء في جامعة نورث وسترن.
متعلق ب: منظر جديد للثقب الأسود الهائل في قلب درب التبانة يلمح إلى ميزة مخفية مثيرة (صورة)
قالت سناء سي روز، قائدة البحث والعالمة في جامعة نورث وسترن لموقع Space.com: “إن مراقبة مراكز المجرات الأخرى أمر صعب للغاية لأنها بعيدة جدًا”. “إن دراسة مركز المجرة الخاص بنا يمكن أن تخبرنا عما يحدث في مراكز جميع المجرات.”
يعد قلب مجرة درب التبانة أحد أكثر البيئات قسوة التي يمكن لعلماء الفلك مراقبتها من الأرض. هذه المنطقة موطن لـ Sgr A*، وهو ليس مجرد ثقب أسود بكتلة تعادل 4.5 مليون شمس، ولكنه وحش كوني يدور حوله أكثر من مليون نجم.
تقع هذه النجوم في منطقة يبلغ عرضها حوالي 4 سنوات ضوئية، وهي تقريبًا المسافة بين الشمس وأقرب جارتها النجمية، بروكسيما سنتوري. وهذا يعني أن أحداثًا مثل الاصطدامات النجمية، والتي تعتبر نادرة نسبيًا في منطقتنا ذات الكثافة السكانية المنخفضة في درب التبانة، تكاد تكون شائعة حول القوس A*.
وقال روز: “الثقب الأسود الهائل في قلب مجرة درب التبانة محاط بمجموعة نجمية كثيفة للغاية، والعديد من هذه النجوم تدور في مداراتها بسرعات تتراوح بين مئات وآلاف الأميال في الثانية”.
ومن ثم فإن دراسة القلب العنيف لمجرة درب التبانة يمكن أن تكشف عن كيفية تصرف النجوم وتطورها وتفاعلها تحت تأثير الجاذبية الشديدة للثقب الأسود الهائل.
الجزء المتعلق بديربي الهدم الكوني
في حين أن عمليات المحاكاة التي أجراها الفريق أخذت في الاعتبار العديد من العوامل والخصائص، مثل الكتلة النجمية وكثافة العنقود النجمي، إلا أن أحد هذه العوامل برز بأهمية خاصة عند تحديد مصير نجم قريب من قلب درب التبانة.
أوضح روز أن مسافة النجم من القوس A*، عمومًا، تعد مؤشرًا جيدًا على ما إذا كان سيصطدم بنجم آخر ونوع الاصطدام الذي سيحدث.
وقالت: “تزداد كثافة الكتلة السكانية كلما اقتربت من الثقب الأسود الهائل، وبالتالي فإن احتمال الاصطدام يزداد”. “”إنه يشبه إلى حد ما الركض عبر محطة مترو أنفاق مزدحمة بشكل لا يصدق في مدينة نيويورك خلال ساعة الذروة. إذا لم تكن تصطدم بأشخاص آخرين، فأنت تمر بالقرب منهم.”
كلما اقترب النجم من القوس A*، زادت سرعة الجاذبية الهائلة للثقب الأسود في دورانه. ونتيجة لذلك، يمكن للنجوم بجوار الثقب الأسود الهائل أن تتحرك بسرعة حوالي 18 مليون ميل في الساعة (29 مليون كيلومتر في الساعة)، مما يجعل قلب مجرة درب التبانة أقرب إلى دربي الهدم من مترو أنفاق نيويورك المزدحم.
وهذا يعني أن الاصطدامات في المنطقة الداخلية للقوس A*، والتي تشير إلى منطقة تقع على بعد حوالي 2000 مرة من المسافة بين الأرض والشمس، أو 0.01 فرسخ فلكي، تميل إلى أن تكون مدمرة بطبيعتها.
مثل هذه النجوم الواقعة على بعد حوالي 0.01 فرسخ فلكي من القوس A* تصطدم باستمرار ببعضها البعض، لكن نادرًا ما يكون هذا تصادمًا مباشرًا. وهذا يعني، مثل سيارة ديربي الهدم التي تمزق مصدها قبل القيادة بعيدًا، فإن تأثيرات الرعي تؤدي إلى تساقط النجم لطبقاته الخارجية ثم التسابق على مسار تصادمي جنبًا إلى جنب مع جار آخر.
قال روز: “إنهم يصطدمون ببعضهم البعض ويستمرون في التقدم. إنهم يرعون بعضهم البعض كما لو أنهم يتبادلون الضربات العنيفة للغاية”.
ومع ذلك، فإن مقدار المادة التي يفقدها النجم الذي يمر بهذه الفوضى يعتمد على مدى سرعة حركته ومدى تداخله مع النجم الذي يصطدم به. إحدى نتائج هذه الاصطدامات المدمرة هي وجود مجموعة غريبة من النجوم المجردة والنجوم التي تبدو شابة بفضل الاستحمام في المادة النجمية المقذوفة الغنية بالهيدروجين والتي انبعثت من السابق.
لكن الحصول على هذا المظهر الشبابي يأتي بتكلفة. كلما كان النجم أكثر ضخامة، كلما كان حرقه أسرع من خلال إمدادات الوقود التي يحملها للاندماج النووي الجوهري، وهي عملية تمنعه من الانهيار تحت تأثير جاذبيته. وهكذا، من خلال تراكم هذه المواد المسروقة، تقصر هذه النجوم الضخمة عمرها.
بعيدًا عن القوس A*، عند حوالي 0.1 فرسخ فلكي، أو حوالي 21000 ضعف المسافة بين الشمس والأرض، تتصادم النجوم بشكل أقل وبسرعات أكثر استرخاءً. أظهرت محاكاة روز وزملائه أنه عندما تحدث هذه التصادمات البطيئة، فمن المحتمل حدوث اندماج كامل يصبح فيه نجمان نجمًا واحدًا ضخمًا.
وأضافت: “من المرجح أن تؤدي الاصطدامات خارج 0.01 فرسخ فلكي إلى اندماج النجوم المتصادمة”. “النجوم الموجودة ضمن مسافة 0.1 فرسخ فلكي من القوس A* لديها فرصة كبيرة جدًا لتجربة تصادم واحد على الأقل خلال حياتها.”
قصص ذات الصلة
– كيف تصبح بعض الثقوب السوداء كبيرة جدًا؟ قد يكون لدى تلسكوب جيمس ويب الفضائي إجابة
– ألمع نجم زائف على الإطلاق يستمد طاقته من ثقب أسود يلتهم “شمسًا يوميًا”
– يمكن تكديس نجوم “gravastars” الشبيهة بالثقب الأسود مثل دمى الشاي الروسية
وأوضح روز أن أحد الجوانب الأكثر إرضاءً لاستخدام هذا النموذج لمعالجة بعض الملاحظات غير المبررة للنجوم في قلب درب التبانة هو حقيقة أنه يعتمد على حسابات بسيطة نسبيًا.
وقالت: “الشيء الذي وجدته شخصيًا مميزًا جدًا في بحثي هو أنه يعتمد على حساب مقياس زمني للتصادم، وهو شيء يتم تدريسه في وقت مبكر نسبيًا في تعليم الفيزياء الجامعي”. “كان من الرائع استخدام عملية حسابية بسيطة نسبيًا للتعرف على بيئة معقدة للغاية لا تشبه أي شيء نواجهه في جوارنا الشمسي.”
وقد أنتج الفريق دراستين باستخدام النموذج حتى الآن، نُشرت إحداهما في The Astrophysical Journal Letters هذا الشهر والأخرى في سبتمبر 2023، لكنهم لم ينتهوا منها بعد.
واختتم روز حديثه قائلاً: “الخطوات التالية هي التوسع في الفيزياء الموجودة حاليًا في النموذج”. “إن مركز المجرة هو بيئة معقدة للغاية، لذلك هناك دائمًا أشياء يمكننا إضافتها، وعملنا لا ينتهي أبدًا!”
قدمت روز هذا البحث في اجتماع الجمعية الفيزيائية الأمريكية في أبريل، الذي عقد في سكرامنتو، كاليفورنيا، يوم الخميس (4 أبريل)، كجزء من جلسة “الفيزياء الفلكية للجسيمات ومركز المجرة”.