لغز كوني: يلتقط علماء الفلك النجم المحتضر وهو ينفث حلقات الدخان

اكتشف علماء الفلك نجمًا عملاقًا أحمر يمر بمخاض موته النهائي بتفاصيل غير مسبوقة ، كاشفاً عن ميزة غير عادية. النجم المعروف باسم V هيدري (أو V Hya للاختصار) ، أخرج ست حلقات مميزة من المواد ، وفقًا لـ نسخة أولية قبلت للنشر في مجلة الفيزياء الفلكية. الآلية المحددة لتشكيل “حلقات الدخان” الغامضة لم يتم فهمها بعد. ومع ذلك ، يمكن للملاحظة أن تهز النماذج الحالية لهذه المرحلة المتأخرة من التطور النجمي وتلقي مزيدًا من الضوء على مصير شمسنا.

“تم القبض على V Hydrae في عملية التخلص من غلافه الجوي – في نهاية المطاف معظم كتلته – وهو شيء تفعله معظم عمالقة الأحمر في المرحلة المتأخرة ،” قال المؤلف المشارك مارك موريس، عالم فلك في جامعة كاليفورنيا. ومع ذلك ، “هذه هي المرة الأولى والوحيدة التي شوهدت فيها سلسلة من الحلقات المتوسعة حول نجم يمر بمخاض موته – سلسلة من” حلقات الدخان “المتوسعة التي حسبناها يتم تفجيرها كل بضع مئات من السنين.”

عمالقة حمراء هي إحدى المراحل النهائية لتطور النجوم. بمجرد أن يتوقف قلب النجم عن تحويل الهيدروجين إلى هيليوم عبر الاندماج النووي ، تبدأ الجاذبية في ضغط النجم ، مما يرفع درجة حرارته الداخلية. تؤدي هذه العملية إلى إشعال غلاف من الهيدروجين يحترق حول قلب خامل. في النهاية ، تسبب الضغط والتسخين في القلب في توسع النجم بشكل كبير ، لتصل أقطاره بين 62 مليون و 620 مليون ميل (100 مليون إلى 1 مليار كيلومتر). درجات حرارة السطح باردة نسبيًا بالمعايير النجمية: من 4000 إلى 5800 درجة فهرنهايت (2200 إلى 3200 درجة مئوية). لذلك تأخذ هذه النجوم مظهرًا برتقاليًا أحمر ، ومن هنا لقب العملاق الأحمر.

في النهاية ، سيتم إنفاق الهيليوم الموجود في قلب العملاق الأحمر ، وسوف يتقلص اللب مرة أخرى. يصبح النجم بعد ذلك فرع عملاق مقارب (AGB) نجم (المرحلة الأخيرة من العملاق الأحمر). يتكون الهيكل الداخلي لنجم AGB من نواة مركزية من الكربون والأكسجين ، وهي غلاف يحول فيه الاندماج الهيليوم إلى كربون ، وقذيفة أخرى حيث يتحول الهيدروجين إلى هيليوم. تنتج هذه النجوم عادةً نبضات دراماتيكية ذات سطوع متزايد كل 100 إلى 1000 يوم. بالإضافة إلى ذلك ، تتسبب الرياح السطحية الشديدة في تكوين سحابة غازية تُعرف باسم الغلاف المحيط بالنجم حول النجم.

ستؤدي هذه الرياح النجمية الشديدة في النهاية إلى طرد الغلاف الجوي والغلاف النجمي ، وسيصبح النجم قزمًا أبيض داخل سديم كوكبي. كلما كان المعدل الذي يفقد به نجم AGB كتلته أسرع ، كان أقرب إلى ذلك الانتقال النهائي. ستصبح شمسنا في النهاية عملاقًا أحمر في حوالي 5 مليارات سنة ، وتتطور في النهاية إلى AGB قبل أن تتطور أخيرًا إلى سديم كوكبي مع نجم قزم أبيض في مركزه.

هذه هي العملية كما فهمها علماء الفلك لسنوات. ومع ذلك ، فإن الخصائص غير العادية لـ V Hya تجعلهم يعيدون التفكير في الأمور. يقع V Hya على بعد 1300 سنة ضوئية في كوكبة Hydra ، وهو نجم غني بالكربون ، مما يعني أن غلافه الجوي يحتوي على كمية من الكربون أكثر من الأكسجين. إنه ذو معدل فقد مرتفع لكتلته ، لذلك يعتقد علماء الفلك أنه من المحتمل أن يكون في طور التخلص من غلافه الجوي ليصبح سديمًا كوكبيًا.

نجم AGB هذا مثير للاهتمام أيضًا لأنه كل ثماني سنوات أو نحو ذلك ، تحدث ثوران كبير للبلازما ، ويحدث انخفاض حاد في السطوع كل 17 عامًا تقريبًا. تشير هذه الأحداث إلى وجود نجم مصاحب بالكاد مرئي. (قد يكون سبب الانخفاض في السطوع هو وجود سحابة مرتبطة بهذا النجم الثاني الذي يمر أمام V Hya.)

تجمع هذه الدراسة الأخيرة بين البيانات من تلسكوب هابل الفضائي مع الملاحظات باستخدام مصفوفة أتاكاما الكبيرة المليمترية / ما دون المليمتر (ALMA) ، التي تتضمن بيانات الأشعة تحت الحمراء ، والبصرية ، والأشعة فوق البنفسجية لالتقاط مخاض الموت لـ V Hya عبر أطوال موجية متعددة. النجم بعيد ومحاط بغبار كثيف ، لكن قدرات الدقة العالية لـ ALMA كشفت حلقاته وتدفقه إلى الخارج بتفصيل كبير.

كان التوقيت صدفة أيضًا. “V Hya في مرحلة انتقالية قصيرة ولكنها حاسمة التي تمر بها النجوم المحتضرة في نهاية حياتهم ،” قال المؤلف المشارك Raghvendra Sahai، عالم الفلك في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا. “إنها المرحلة التي يفقدون فيها معظم كتلتهم. من المحتمل أن هذه المرحلة لا تدوم طويلاً ، لذلك من الصعب الإمساك بها في الفعل. لقد حالفنا الحظ مع V Hya ، وتمكنا من تصوير جميع الأنشطة المختلفة التي تجري داخل وحول هذا النجم لفهم أفضل لكيفية فقدان النجوم المحتضرة للكتلة في نهاية حياتها “.

وجد Sahai وزملاؤه أن النجم يتخلص من غلافه الجوي عن طريق نفخ سلسلة من حلقات الدخان ، والتي امتدت إلى الخارج على مدار 2100 عام أو نحو ذلك لتشكل منطقة تشبه القرص الغباري حول V Hya. الفريق مدبلجة هذا الهيكل DUDE (القرص يخضع للتوسع الديناميكي).

كشفت ملاحظاتهم أيضًا عن انفجارات عالية السرعة للغاز المطرود من النجم في اتجاهين متعاكسين ، عموديًا على حلقات الدخان ، مكونًا هيكلين على شكل ساعة رملية. تتوسع هذه الهياكل بسرعة بأكثر من نصف مليون ميل في الساعة (240 كم / ثانية). “اكتشاف أن هذه العملية يمكن أن تتضمن إطلاق حلقات من الغاز ، بالتزامن مع إنتاج نفاثات متقطعة عالية السرعة من المواد ، يجلب تجعدًا جديدًا ورائعًا لفهمنا لكيفية إنهاء النجوم لحياتها ،” قال موريس.

كل هذا يشير إلى أن النجم يمر بتطور سريع بشكل خاص ، والذي يتعارض مع النموذج الحالي. “تكشف دراستنا بشكل كبير أن النموذج التقليدي لكيفية موت نجوم AGB – من خلال طرد الوقود الجماعي عبر رياح كروية بطيئة وثابتة نسبيًا على مدى 100000 عام أو أكثر – غير مكتمل في أحسن الأحوال ، أو في أسوأ الأحوال غير صحيح ،” قال ساهي. “من المحتمل جدًا أن يلعب رفيق نجمي أو شبه نجمي دورًا مهمًا في وفاتهم. في حالة V Hya ، فإن الجمع بين نجم مرافق قريب وافتراضي بعيد مسؤول ، على الأقل إلى حد ما ، عن وجود حلقاته الست ، والتدفقات عالية السرعة التي تسبب الموت المعجزة للنجم. “