قد تظل الأقزام البيضاء تخضع لنشاط نووي حراري مستقر

هل يمكن أن تخفي النجوم المحتضرة أن تبدو أصغر سنًا؟ دليل جديد على ناسا/هذه تلسكوب هابل الفضائي يشير إلى أن الأقزام البيضاء قد تستمر في حرق الهيدروجين في مراحل لاحقة من حياتهم ، مما يجعلها تبدو أصغر سناً مما هي عليه في الواقع. قد يكون لهذا الاكتشاف عواقب على الطريقة التي يقيس بها علماء الفلك عمر عناقيد النجوم.

تم تحدي النظرة الواسعة النطاق للأقزام البيضاء كنجوم خاملة بطيئة التبريد من خلال الملاحظات من تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا / وكالة الفضاء الأوروبية. اكتشفت مجموعة دولية من علماء الفلك أول دليل على أن الأقزام البيضاء يمكنها إبطاء معدل الشيخوخة عن طريق حرق الهيدروجين على سطحها.

أوضح جيانشينغ تشين من جامعة ألما ماتر ستوديوروم يونيفيرسيتا دي بولونيا والمعهد الوطني الإيطالي للفيزياء الفلكية ، الذي قاد هذا البحث: “لقد وجدنا أول دليل رصدي على أن الأقزام البيضاء لا يزال بإمكانها الخضوع لنشاط نووي حراري مستقر”. “كان الأمر مفاجئًا للغاية ، لأنه يتعارض مع الاعتقاد السائد.”

https://www.youtube.com/watch؟v=iujD0_zjA3k

الأقزام البيضاء هي النجوم التي تبرد ببطء وتطلق طبقاتها الخارجية خلال المراحل المتأخرة من حياتها. إنها أشياء شائعة في الكون. حوالي 98٪ من جميع النجوم في الكون ستصبح في النهاية أقزامًا بيضاء ، بما في ذلك شمسنا.^[1] تساعد دراسة مراحل التبريد هذه علماء الفلك على فهم ليس فقط الأقزام البيضاء ، ولكن أيضًا مراحلها المبكرة.

لدراسة الفيزياء الأساسية قزم ابيض التطور ، قارن علماء الفلك الأقزام البيضاء الباردة في مجموعتين هائلتين من النجوم: العناقيد الكروية M3 و M13.^[2] تشترك هاتان المجموعتان في العديد من الخصائص الفيزيائية مثل العمر والمعدنية^[3] لكن مجموعات النجوم التي ستؤدي في النهاية إلى ظهور أقزام بيضاء مختلفة. على وجه الخصوص ، يكون اللون الكلي للنجوم في مرحلة التطور المعروفة باسم الفرع الأفقي أكثر زرقة في M13 ، مما يشير إلى وجود مجموعة من النجوم الأكثر دفئًا. هذا يجعل M3 و M13 معًا مختبرًا طبيعيًا مثاليًا لاختبار كيفية تبريد مجموعات مختلفة من الأقزام البيضاء.

تُظهر هذه الصورة مجالاً واسعاً لـ M13. حقوق الصورة: ESA / Hubble، Digitized Sky Survey 2. شكر وتقدير: D. De Martin

وتابع تشين: “لقد وفرت لنا الجودة الرائعة لأرصادنا هابل رؤية شاملة للتجمعات النجمية للمجموعتين الكرويتين”. “لقد سمح لنا حقًا بمقارنة الطريقة التي تتطور بها النجوم في M3 و M13.”

باستخدام كاميرا Hubble’s Wide-Field Camera 3 ، لاحظ الفريق M3 و M13 في أطوال موجية قريبة من الأشعة فوق البنفسجية ، مما سمح لهم بمقارنة أكثر من 700 من الأقزام البيضاء في المجموعتين. ووجدوا أن M3 تحتوي على أقزام بيضاء معيارية تقوم ببساطة بتبريد النوى النجمية. من ناحية أخرى ، تحتوي M13 على مجموعتين من الأقزام البيضاء: الأقزام البيضاء القياسية وتلك التي تمكنت من الاحتفاظ بغلاف خارجي من الهيدروجين ، مما سمح لها بالحرق لفترة أطول وبالتالي تبريدها بشكل أبطأ.

من خلال مقارنة نتائجهم مع المحاكاة الحاسوبية للتطور النجمي في M13 ، تمكن الباحثون من إظهار أن حوالي 70٪ من الأقزام البيضاء في M13 تحرق الهيدروجين على سطحها ، مما يبطئ معدل تبريدها.

تُظهر هذه الصورة مجالًا واسعًا لـ M3. حقوق الصورة: ESA / Hubble، Digitized Sky Survey 2. شكر وتقدير: D. De Martin

قد يكون لهذا الاكتشاف عواقب على الطريقة التي يقيس بها علماء الفلك عمر النجوم في درب التبانة. تم بالفعل نمذجة تطور الأقزام البيضاء كعملية تبريد يمكن التنبؤ بها. هذه العلاقة البسيطة نسبيًا بين العمر ودرجة الحرارة قادت علماء الفلك إلى استخدام معدل تبريد الأقزام البيضاء كساعة طبيعية لتحديد عمر العناقيد النجمية ، وخاصة العناقيد الكروية والمفتوحة. ومع ذلك ، فإن حرق الأقزام البيضاء للهيدروجين قد يجعل تقديرات العمر هذه غير دقيقة لما يصل إلى مليار سنة.

https://www.youtube.com/watch؟v=TbgcVicpSE0

أضاف فرانشيسكو فيرارو من جامعة ألما ماتر ستوديوروم يونيفيرسيتا دي بولونيا والمعهد الوطني الإيطالي للفيزياء الفلكية ، اللذان نسقا الدراسة: “يتحدى اكتشافنا تعريف الأقزام البيضاء عندما نتصور منظورًا جديدًا لكيفية تقدم النجوم في العمر”. “نحن ندرس الآن عناقيد أخرى شبيهة بـ M13 لزيادة تقييد الظروف التي تجعل النجوم تحافظ على الغلاف الرقيق للهيدروجين الذي يسمح لها بالتقدم في العمر ببطء.”

https://www.youtube.com/watch؟v=48Xwv2yhc6E

ملاحظات

1. يبلغ عمر الشمس 4.6 مليار سنة فقط في عمر يناهز 10 مليارات سنة. بمجرد استنفاد الهيدروجين في قلبها ، ستتحول الشمس إلى عملاق أحمر ، يبتلع الكواكب الداخلية ويحرق سطح الأرض. بعد ذلك سوف تتخلص من طبقاتها الخارجية ويترك اللب المكشوف للشمس كقزم أبيض بارد ببطء. ستكون هذه الجمرة النجمية كثيفة بشكل لا يصدق ، وتلتف معظم كتلة الشمس في كرة بحجم الأرض تقريبًا.
2. يحتوي M3 على حوالي نصف مليون نجم ويقع في كوكبة Canes Venatici. M13 – المعروف أحيانًا باسم الكتلة الكروية الكبيرة من هرقل – يحتوي على عدد أقل قليلاً من النجوم ، فقط عدة مئات من الآلاف. غالبًا ما تُستخدم الأقزام البيضاء لتقدير عمر العناقيد الكروية ، وبالتالي تم قضاء قدر كبير من وقت هابل في استكشاف الأقزام البيضاء في العناقيد الكروية القديمة والمكتظة بالسكان. لاحظ هابل لأول مرة وجود أقزام بيضاء في عناقيد نجمية كروية في عام 2006.
3. يستخدم علماء الفلك كلمة “معدنية” لوصف نسبة النجم المكون من عناصر أخرى غير الهيدروجين والهيليوم. الغالبية العظمى من المادة في الكون هي إما هيدروجين أو هيليوم – لنأخذ الشمس كمثال ، 74.9٪ من كتلتها هيدروجين ، 23.8٪ هيليوم ، والباقي 1.3٪ خليط من جميع العناصر الأخرى ، والتي يسميها علماء الفلك “المعادن”.

https://www.youtube.com/watch؟v=i1uZ3jy2OII

https://www.youtube.com/watch؟v=Cu7oVdojg7g

مزيد من المعلومات

تلسكوب هابل الفضائي هو مشروع تعاون دولي بين وكالة الفضاء الأوروبية ووكالة ناسا.

يتكون الفريق الدولي من علماء الفلك المشاركين في هذه الدراسة من Jianxing Chen (Alma Mater Studiorum Università di Bologna ومرصد الفيزياء الفلكية وعلوم الفضاء بولونيا) ، وفرانشيسكو ر. ماريو كاديلانو (مرصد الفيزياء الفلكية وعلوم الفضاء في بولونيا) ، موريزيو سالاريس (جامعة ليفربول جون مورس) ، باربرا لانزوني (ألما ماتر ستوديوروم يونيفيرسيتا دي بولونيا ومرصد الفيزياء الفلكية وعلوم الفضاء في بولونيا) ، كريستينا بالانكا (ألما ماتر ستوديوروم يونيفيرسيتا دي بولونيا والفيزياء الفلكية و مرصد علوم الفضاء في بولونيا) و Leandro G. Althaus (Universidad Nacional de La Plata و CCT – CONICET Centro Cientifico Tecnologico La Plata) و Emanuele Dalessandro (مرصد الفيزياء الفلكية وعلوم الفضاء في بولونيا).