لاحظ علماء الفلك ما يسمونه نوعًا جديدًا من الفواسر ، والذي قدم لمحة لا مثيل لها فيما يحدث في عمق النجم قبل أن ينفجر.
دراسة توضح بالتفصيل الاكتشاف المفاجئ الذي نشر الأربعاء في مجلة Nature.
النجوم الضخمة مثل البصل السماوي: تتكون الطبقات الخارجية من عناصر خفيفة الوزن مثل الهيدروجين والهيليوم بينما تقع طبقات العناصر الثقيلة أسفلها.
هذه النجوم ، التي يمكن أن تتراوح من 10 إلى 100 مرة أثقل من شمسنا ، مدعومة بالانصهار النووي ، وهي عملية يتم فيها دمج العناصر الأخف معًا لإنشاء أغاني.
وقال آدم ميلر ، مساعد أستاذ الفيزياء وعلم الفلك في جامعة نورث وسترن ، إن النجوم تبدأ بتكوين حوالي 75 ٪ من الهيدروجين و 25 ٪ من الهيليوم ، مع كميات صغيرة من الكربون والنيتروجين والسيليكون والعناصر الأخرى.
من خلال الانصهار ، الذي يحدث في وسط النجم حيث تكون درجة الحرارة والكثافة هي الأعلى ، يتم تحويل الهيدروجين إلى الهيليوم لإنشاء الطبقات الخارجية لهيكل البصل. على مدى حياة النجم ، تستمر العملية ، حيث تجمع بين عناصر أخف لتشكيل عوامل أثقل ، ومع مرور الوقت ، إضافة طبقات داخلية من السيليكون والكبريت والأكسجين والنيون والمغنيسيوم والكربون تحت الهيليوم والهيدروجين.
وأوضح ميلر أن النواة الحديدية لأشكال النجوم ، بعد أن تشكلت جميع الطبقات الغازية ، في نهاية حياة النجم ، بعد كل الطبقات الغازية.
وقال ميلر إن Fusion تطلق الطاقة ، التي تنتج ضغطًا يمنع النجوم من الانهيار على أنفسهم بسبب الجاذبية. ولكن عندما تحاول النجوم دمج الحديد في صميمها إلى عناصر أثقل ، لا توجد طاقة كافية لمواصلة توفير الضغط. نتيجة لذلك ، ينهار جوهر النجم تحت قوة الجاذبية ، مما يؤدي إلى انفجار ممتاز.
ومع ذلك ، لم يذهب شيء كما هو متوقع عندما لاحظ علماء الفلك سوبر نوفا من نوعه يدعى SN2021YFJ. في مرحلة ما قبل وقت طويل من الانفجار ، فقد النجم بالفعل طبقاته الخارجية من الهيدروجين والهيليوم والكربون. بعد ذلك ، قبل الانفجار مباشرة ، أصدر النجم طبقة مخفية عادةً من العناصر الثقيلة نسبيًا مثل السيليكون والكبريت والأرجون التي لا تُرى في كثير من الأحيان في نجوم الموت.
وقال ميلر إن انفجار النجم “مضاء” الطبقة المنسوبة من السيليكون والكبريت والأرجون ، والتي لم يسبق لها مثيل من قبل.
وقال مؤلف الدراسة الرئيسي ستيف شولز ، وهو زميل باحث في مركز الاستكشاف والبحث متعدد التخصصات في الفيزياء الفلكية ، في بيان “هذه هي المرة الأولى التي نرى فيها نجمة تم تجريدها بشكل أساسي إلى العظام”.
“هذا يوضح لنا كيف يتم تنظيم النجوم ويثبت أن النجوم يمكن أن تفقد الكثير من المواد قبل أن تنفجر. لا يمكنهم فقط فقدان طبقاتها الخارجية ، ولكن يمكن تجريدها تمامًا على طول الطريق ولا تزال تنتج انفجارًا رائعًا يمكننا أن نلاحظه من مسافات بعيدة جدًا.”
يوفر الاكتشاف دليلًا مباشرًا على الهيكل الداخلي الذي يصعب مراقبته ، ولكن يصعب مراقبته. كما أنه يمثل تحديًا للطرق التقليدية التي يفهم بها علماء الفلك التطور النجمي.
وقال ميلر في بيان “هذا الحدث يبدو حرفيًا أنه لا شيء لم يره أي شخص من قبل”.
“لقد كان من الغريب تقريبًا أننا اعتقدنا أننا لم نلاحظ الكائن الصحيح. هذا النجم يخبرنا أن أفكارنا ونظرياتنا حول كيفية تطور النجوم ضيقة للغاية. ليس من غير الصحيح أن كتبنا غير صحيحة ، لكن من الواضح أنها لا تلتقط كل شيء يتم إنتاجه في الطبيعة.
دورة الحياة العنيفة للنجوم
قال شولز وميلر إن مؤلفي الدراسة لا يعرفون بالضبط نوع النجوم الموجود أمام Supernova ، لكنهم يعتقدون أن لديها كتلة أثقل حوالي 60 مرة من الشمس. ومع ذلك ، نظرًا لأن طبقة الهيدروجين الخارجي للنجم قد تم تجريدها بالفعل قبل الانفجار ، فمن المحتمل أن تكون كتلة النجم أصغر عندما أصبحت سوبرنوفا مما كانت عليه عندما وُلد.
من المعروف أن النجوم الضخمة تتخلى عن طبقات خارجية من المواد قبل الانفجار ، لكن هذا النجم فقد أكثر بكثير مما لوحظ سابقًا. على سبيل المثال ، رأى علماء الفلك نجومًا تم تجريدهم من طبقة الهيدروجين الخاصة بهم ، لكنهم ما زالوا مخبودين في الهيليوم والكربون والأكسجين.
وقال شولز: “تواجه النجوم عدم استقرار قوي للغاية”. “إن عدم الاستقرار هذه عنيفة لدرجة أنه يمكن أن يتسبب في تقلص النجم. ثم تحرر فجأة الكثير من الطاقة لدرجة أنها تتخلى عن طبقاتها الخارجية. يمكنها القيام بذلك عدة مرات.”
في بعض الانفجارات الضخمة للنجوم ، يمكن ملاحظة عناصر مثل السيليكون والكبريت “مختلطة” مع جميع العناصر الأخرى كجزء من المواد المطفأة – لكن لم تُرى قبل أن يكون هناك سوبرنوفا من قبل ، على حد قول ميلر.
قدّر الفريق أن النجم كان سيحتاج إلى إطلاق كتلة من ثلاثة أضعاف الشمس على مدار حياته لترك خلف سيليكون وقذيفة الكبريت ، مما يشير إلى أن بعض النجوم تعاني من خسائر شديدة في الكتلة في وقت لاحق من حياتهم.
في هذا الفريدة الفريدة من نوعها ، لاحظ الفريق قذيفة سميكة من السيليكون والكبريت التي تم طردها قبل وفاة النجم مباشرة. عندما انفجر النجم ، اصطدمت المادة من قلبها بالقشرة الغازية ، وتسبب حرارة التصادم في توهج طبقة السيليكون والكبريت.
وقال شولز: “لقد فقد هذا النجم معظم المواد التي أنتجتها طوال حياتها”. “لذلك ، لا يمكننا إلا أن نرى المواد المتكونة خلال الأشهر التي سبقت انفجارها مباشرة. شيء عنيف للغاية يجب أن يحدث ذلك.”
حدث كوني
اكتشف الفريق Supernova في سبتمبر 2021 أثناء استخدام منشأة Zwicky Transient في مرصد بالومار في جنوب كاليفورنيا. يتمتع Zwicky ، الذي يقوم بمسح سماء الليل بكاميرا واسعة المجال ، بسمعة طيبة في تمكين علماء الفلك من اكتشاف العابرين ، أو الظواهر الكونية العابرة ، مثل الإرهاق السريع والتلاشي.
عند النظر إلى بيانات أدلة Supernovas ، لاحظ Schulze كائنًا زاد بسرعة في السطوع 2.2 مليار سنة ضوئية من الأرض. (سنة ضوئية واحدة هي مقياس للمدة التي يستغرقها الضوء على الأرض ، وبالتالي فإن الزيادة في السطوع حدثت قبل 2.2 مليار سنة.)
لفهم ما كانوا ينظرون إليه بشكل أفضل ، أراد الفريق رؤية طيف للكائن – الأطوال الموجية للضوء الملون ، مع كل لون يدل على عنصر مختلف. لم يكن التقاط الطيف ممكنًا مع Zwicky لأنه يقيس فقط التغييرات في السطوع العام. في البداية ، بدا أنه لم يتمكن أي تلسكوبات أخرى من التقاط صورة واضحة للـ Supernova. لكن يي يانغ ، وهو الآن أستاذ مساعد في جامعة تسينغهوا في الصين ، اكتشف الهدف أثناء مراقبة مرصد WM Keck في هاواي واستولت على طيف.
وقال ميلر إنه عادة ما يتم البحث عن Supernovas مع التلسكوبات الصغيرة التي تقيس السطوع مثل Zwicky ، ثم يتم استخدام التلسكوبات الكبيرة مثل Keck لفهم التركيب الكيميائي للغاز الذي تم إخراجه بواسطة الانفجار.
قال ميلر: “بدون هذا الطيف ، ربما لم ندرك أبدًا أن هذا كان انفجارًا غريبًا وغير عادي”.
شارك الفريق الطيف مع Avishay Gal-Yam ، عميد كلية الفيزياء وأستاذ فيزياء الجسيمات في معهد وايزمان للعلوم الإسرائيلي. وقال شولز إن جال يام ، المؤلف المشارك في الدراسة وخبيرًا بارزًا في علوم سوبرنوفا ، حدد الميزات الغامضة في الطيف الذي تبين أنه سيليكون وكبريت وأرجون.
يصور توضيح الفنان أعقاب السوبرنوفا المشرقة. – آدم ماكارينكو/مرصد كيك
أسرار النجمية تليها
لا يزال الفريق غير متأكد من ما أثار النجم لإطلاق قذيفة السيليكون والكبريت ، ويفكر في إمكانية تفاعل النجم مع نجم مصاحب محتمل ، وعلق الرياح النجمية القوية بشكل استثنائي أو خضعت لفورة هائلة قبل الإشراف.
ومع ذلك ، يميل مؤلفو الدراسة نحو فكرة أن النجم مزق نفسه.
وقال ميلر إنه أيا كان السبب ، فقد حدد الفريق اكتشافه كنوع جديد تمامًا من supernova يسمى نوع IEN (وضوحا واحد en) supernova.
تعتمد تصنيفات SuperNova على وجود عناصر مختلفة. تشمل النوع الثاني من Supernovas الهيدروجين ، في حين أن النوع IB يحتوي على الهيليوم ولكن لا يوجد هيدروجين ، ونوع IC يحتوي على الأكسجين ولكن لا يوجد هيليوم أو هيدروجين. كل نوع من supernova يكشف طبقات أعمق من النجم.
وقال ميلر: “نميل إلى التفكير في النجوم الضخمة التي تشكل تسلسلًا”. “نحن نسمي هذا الاكتشاف الجديد A ien sn لأن السيليكون والكبريت والأرجون لن يكونوا موجودين إلا في أعمق طبقات نجم ضخم.”
ستيفانو فالنتي ، أستاذ مشارك في قسم الفيزياء وعلم الفلك في جامعة كاليفورنيا ، ديفيس ، لم ير طيفًا مثل الطيف في الدراسة. بينما درس فالنتي الفائقة غير العادية ، لم يشارك في هذا البحث.
“من الواضح أنه شيء جديد” ، قال فالنتي. “هذا الاكتشاف يوضح لنا أن حديقة حيوانات العابرين الفلكية لا تزال غير مكتملة وأن الدراسات الاستقصائية الواسعة مثل (مرصد روبن) من المحتمل أن تمنحنا الفرصة لاكتشاف أنواع جديدة من العابرين.”
وقال ميلر إن وجود مثال واحد لنوع supernova فقط يؤكد الحاجة إلى العثور على حالات أخرى من هذا النوع لفهم طبيعتها بشكل أفضل ، لكن سيكون الأمر صعبًا. في حين أن مرصد Vera C. Rubin يمكن أن يكتشف ما لا يقل عن مليون نوفاس ، إلا أنه لا يقيس طيفه. في ورقته ، أظهر الفريق أن نموذج التعلم الآلي البسيط لم يكن قد حدد Supernova على أنه نادر بناءً على سطوعه وحده.
“بالنسبة لي السؤال المفتوح الكبير هو – كم مرة تحدث مثل هذه الانفجارات في الكون؟” كتب ميلر في رسالة بريد إلكتروني “هل تصادفنا أن نحصل على محظوظ بشكل لا يصدق؟ أو ، هل هناك الكثير من هذه الأشياء ولم نبحث بالطريقة الصحيحة للعثور على المزيد؟”
اشترك في النشرة الإخبارية لنظرية Wonder's Wonder Science. استكشف الكون مع الأخبار عن الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.
لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية CNN قم بإنشاء حساب في CNN.com