يتقيأ النجوم الضخمة جدًا كميات هائلة من المادة قبل الانهيار في الثقوب السوداء

عند الشراء من خلال روابط على مقالاتنا ، قد يكسب المستقبل وشركاء المشاركة في العمولة.

قد تتقيأ النجوم الضخمة للغاية التي تنهار لإنشاء ثقوب سوداء أكثر بكثير خلال حياتهم القصيرة مما كنا نظن سابقًا.

لتتوافق مع الملاحظات الفلكية لهذه النجوم ، التي لديها جماهير تزيد عن 100 مرة من الشمس ، قدّر فريق من العلماء أن النجوم الضخمة للغاية يجب أن يكون لها رياح رائعة أقوى بكثير مما تم تقديره في الماضي. يجب أن تكون هذه الرياح قوية بما يكفي لتفجير الطبقات الخارجية لهذه النجوم الوحشية في الفضاء.

كشفت نمذجة الفريق كيف يمكن أن تؤدي الثنائيات النجمية إلى عمليات الدمج بين النجوم التي تصور نجومًا واحدة ضخمة للغاية. كما اكتشفوا مدى تأثير الرياح النجمية على مجموعات الثقب السوداء ، مشيرين بعيدًا عن تشكيل ثقوب سوداء متوسطة المنال.

وقال عضو الفريق كيندال شبرد ، الباحث في معهد الدراسة المتقدمة في إيطاليا (المعروف من قبل اختصارها الإيطالي ، سيسا ، “النجوم الضخمة للغاية مثل” نجوم موسيقى الروك “في الكون – إنهم أقوياء ، وهم يعيشون بسرعة ويموتون”. “بالنسبة لهذه النجوم الضخمة للغاية ، فإن رياحهم النجمية تشبه إعصار أكثر من النسيم الخفيف.”

في حين من المتوقع أن تعيش شمسنا المتوسطة الحجم منذ حوالي 10 مليارات سنة ، فإن النجوم الضخمة للغاية تحترق من خلال وقودها النووي بشكل أسرع ، ويعيشون لبضعة ملايين عام فقط ، أو حتى بضع مئات من السنين.

وقال شبرد إن دراسة هذه العملاقة مهمة لأن لديهم تأثير عميق على بيئاتهم على الرغم من حياتهم القصيرة.

وقالت: “الرياح القوية للنجوم الضخمة للغاية وانفجاراتها السوبرنوفا في نهاية المطاف تخرج عناصر تم تشكيلها حديثًا في البيئة”. “تشكل العديد من هذه العناصر أساس النجوم الجديدة ، في حين أن البعض الآخر ، مثل الكربون والأكسجين ، هم اللبنات الأساسية للحياة.

“إنهم أيضًا سلفان الثقوب السوداء ، بما في ذلك ثنائيات الثقب الأسود التي تندمج وتنتج موجات الجاذبية التي نكتشفها على الأرض.”

النظام الغذائي لخسارة الكتلة النجمة

في البحث الجديد ، قامت Shepherd وزملاؤها بتحليل الدراسات النظرية والملاحظة للنجوم الضخمة جدًا.

وقال شبرد: “مثل هذه النجوم الضخمة نادرة للغاية ، ووجدت عدد قليل من القيود الرصدية”. “بمساعدة المساحة والتلسكوبات الأرضية ، تمكن الباحثون مؤخرًا أخيرًا من مراقبة عدة نجوم مباشرة في سديم الرتيلاء في السحابة الماجلانية الكبيرة مع كتل فوق 100 مرة من كتلة شمسنا للمرة الأولى.”

وجدت تلك الدراسات السابقة أن النجوم الأكثر ضخامة في سديم Tarantula هي نوع نادر ومشرق من نجوم الصبغة الذئب المجردة في الغالب (WNH Stars) في نهاية مرحلة حرق الهيدروجين ، مما يعني أنها تظهر هيدروجين بقايا على سطحها.

“لقد تم العثور على هذه النجوم لتكون ساخنة للغاية ، حوالي 72،540 إلى 90،000 درجة فهرنهايت (من 40،000 إلى 50000 درجة مئوية). هذه النماذج القياسية حارة للغاية! تتنبأ النماذج القياسية ، مع عصر النجوم ، يجب أن تتوسع وتبرد ، على عكس ما أظهرته الملاحظات الجديدة”. “وضع الباحثون القطعتين معًا واستخدموا الخصائص المرصودة لمعايرة” وصفة “لخسارة الكتلة لدمج النظرية والمراقبة”.

عمل الفريق على هذه الوصفة في رمز التطور النجمي الخاص به ، والمعروف باسم Parsec (Padova و Trieste Stellar Evolution Code) ، لإنشاء نموذج جديد يمثل النجوم الضخمة لسديم Tarantula.

“إن نماذجنا الجديدة التي تتميز بالرياح النجمية القوية قادرة الآن على مطابقة الملاحظات والنظرية. إن الرياح القوية تخلص من الطبقات الخارجية للنجمة ، مما يمنعها من التبريد ، مع الحفاظ على تكوين السطح المطابق لنجمة WNH” ، أوضح شبرد. “يبقى النجم أكثر إحكاما وساخنًا لفترة أطول ، مما يدل بالضبط على الملاحظات.”

تشير أبحاث الفريق إلى وجود طريقين مختلفين يمكن أن يؤديان إلى ولادة نجوم مثل النجوم الأكثر ضخامة على الإطلاق ، R136A1. هذا النجم ، الموجود أيضًا في سديم Tarantula ، لديه ما يصل إلى 230 ضعف كتلة الشمس وينبعث من طاقة أكثر من نجمنا. يبلغ عمره 1.5 مليون سنة فقط ، مقارنة بـ 4.6 مليار سنة–الشمس البالغة من العمر.

يشير نموذج الفريق إلى أن R136A1 كان يمكن أن يولد كنجم واحد ، أو كان يمكن أن يتشكل نتيجة لدمج رائع.

وقال شبرد: “لقد فوجئت بأن نتائجنا تعطي تفسيرين محتملين متميزتين لأصل R136A1 ، النجم الأكثر ضخامة المعروف. لقد كنت مفتونًا تمامًا بأن الاندماج النجمي الثنائي – حيث يندمج نجمتان وتصبح نجمًا واحدًا أكثر ضخامة – يمكن أن يوفر أصلًا معقولًا”. “والأكثر إثارة للاهتمام هو الفرق في الكتلة الأولية المطلوبة لإعادة إنتاج R136A1 من سيناريوهات الاندماج النجمية الواحدة والثنائية.”

وأضاف الباحث أنه بالنسبة لأصل واحد من النجوم لمطابقة ميزات R136A1 ، فإن النجم سيحتاج إلى كتلة أولية أكثر من 100 كتلة شمسية-أكبر مما هو مطلوب للحصول على أصل اندماج رائع ، بغض النظر عن وصفة الرياح المستخدمة.

وقال شبرد “هذا يمكن أن يشير إلى مراجعة لما اعتقدنا أنه الحد الأعلى لمدى ضخامة النجم في الكون المحلي”.

ما هو الاتجاه الذي تهب الرياح للثقوب السوداء؟

إن الرياح النجمية القوية وفقدان الكتلة السريعة التي تسببها لها أيضًا آثار قوية على جماهير الثقوب السوداء التي يتم إنشاؤها عندما تنهار النجوم الهائلة تحت جاذبيتها في نهاية حياتهم.

وقال شبرد: “لأن الرياح الأقوى تجرد الكثير من كتلة النجم ، في نهاية حياتهم ، فإنها تشكل ثقوبًا سوداء أصغر”. “يمكن أن تلقي هذه الدراسة الكثير من الضوء على التنبؤ بكتل الثقب السوداء. النماذج النجمية التي تستخدم وصفات الخسارة القياسية والأضعف يمكن أن تنتج ثقوبًا سوداء متوسطة الكتلة.”

أثبتت هذه الثقوب السوداء ، التي تتراوح ما بين 100 إلى 10،000 مرة أكبر من الشمس ، صعوبة في العثور عليها.

“من خلال أن تفقد النجوم المزيد من الكتلة عبر رياح أقوى ، تنتج المحاكاة عددًا أقل من هذه الأشياء غير المؤكدة ، مما يجعل نماذجنا أكثر تمشيا مع ما هو موجود في الطبيعة!” قال الراعي.

يقترح الفريق أيضًا أنه ، على عكس التفكير الحالي ، هناك حاجة إلى رياح نجمية أقوى إذا كانت الأنظمة تتطور إلى ثنائيات ثقب أسود مع كتل أكبر من حوالي 30 مرة من الشمس.

وقال شبرد: “أكثر إثارة هو أنه عندما نظرنا إلى الثقوب السوداء الثنائية التي تندمج في عمليات المحاكاة الخاصة بنا ، تمكنت نماذجنا الجديدة ذات الرياح القوية من إنتاج أنظمة حيث كانت الفتحتين السوداء هائلين”. “هذا أمر مثير لأن هذا هو السكان الذي لوحظ مع كاشفات الموجات الجاذبية ، ولكن النماذج السابقة التي لديها رياح قياسية تكافح من أجل إنتاجها.”

تنبعث الثقوب السوداء في هاتين الثنائيات تموجات صغيرة في الفضاء تسمى موجات الجاذبية وهي تتصاعد معًا وتندمج في النهاية. لكن الرياح النجمية القوية قد تكون مفتاح السماح لهذا الموقف بالتطور.

“مع الأضعف والرياح القياسية ، يتوسع النجمان ويتوسعان على الأرجح للاندماج قبل أن تصبح ثقوبًا سوداء” ، أوضح Shepherd. “على النقيض من ذلك ، يمكن للرياح الأقوى أن تدفع النجمين عن بعضها البعض ، مما يسمح لهما بالبقاء كزوج من الثقوب السوداء التي يمكن أن تتصاعد في وقت لاحق وتندمج”.

القصص ذات الصلة:

– “هذا هو الكأس المقدسة للفيزياء النظرية.” هل مفتاح الجاذبية الكمومية يختبئ بهذه الطريقة الجديدة لصنع الثقوب السوداء؟

-هذا الثقب الأسود الفائق الأكل يتناول الطعام بسرعة كبيرة-و “تجشير” بسرعات قريبة من الضوء

– يكتشف علماء الفلك طائرة ثقب أسود فائق القموضة مشرقة تصل إلى 10 تريليونات شمس مضاءة بواسطة Big Bang's بعد

ركز البحث الجديد على بيئة محددة واحدة ، في السحابة الكبيرة Magellanic ، التي لها تركيبة كيميائية فريدة من نوعها. وهكذا ، قال شبرد ، إن الخطوة التالية للفريق ستكون محاولة شرح حفنة من النجوم المرصودة.

وخلص شبرد إلى أن “هذه النتائج ليست عالمية بعد ، وبالتالي فإن الخطوة التالية الطبيعية هي تمديد هذه الدراسة إلى مجموعة من التراكيب الأولية المختلفة ، لنمذجة بيئات مختلفة عبر الكون”. “سيكون من المثير للغاية معرفة مدى تغير مجموعات الثقب الأسود المتوقعة مع هذه التراكيب الأولية المختلفة.”

يتوفر بحث الفريق كقوة مسبقة في مستودع الأبحاث ARXIV.