حل علماء الفلك اللغز القديم للمستعر الأعظم الذي لوحظ في عام 1181

في أغسطس 1181 ، لاحظ علماء الفلك في الصين واليابان “نجمًا ضيفًا” لامعًا في سماء الليل والذي نعرف الآن أنه سوبر نوفا ، أحد المستعرات الأعظمية القليلة المسجلة في مجرتنا درب التبانة والتي كانت مرئية بالعين المجردة. أشرق ستة أشهر كاملة قبل وفاته. لم يتمكن علماء الفلك من تحديد بقية مصدر SN 1181 لعدة قرون ، وهذه التفاصيل مهمة في تحديد الفئة التي ينتمي إليها المستعر الأعظم. الآن ، يعتقد فريق دولي من علماء الفلك أنهم حددوا هذا المصدر على أنه أحد أكثر النجوم سخونة في المجرة داخل سديم Pa30 ، وفقًا لـ ورقة جديدة نشرت في مجلة Astrophysical Journal Letters.

كما لدينا مكتوبة مسبقا، هناك نوعان معروفان من المستعرات الأعظمية ، اعتمادًا على كتلة النجم الأصلي. المستعر الأعظم لانهيار قلب الحديد يحدث مع نجوم ضخمة (أكثر من عشر كتل شمسية) ، والتي انهارت بشدة لدرجة أنها تسببت في انفجار كارثي ضخم. ترتفع درجات الحرارة والضغط لدرجة أن الكربون في قلب النجم يبدأ في الاندماج. هذا يمنع النواة من الانهيار ، مؤقتًا على الأقل ، وتستمر هذه العملية ، مرارًا وتكرارًا ، بنوى ذرية ثقيلة بشكل متزايد. عندما ينفد الوقود أخيرًا ، ينهار اللب الحديدي (بحلول ذلك الوقت) في ثقب أسود أو نجم نيوتروني.

ثم هناك مستعر أعظم نووي حراري. تبرد النجوم الأصغر حجمًا (التي تصل كتلتها إلى حوالي ثمانية كتل شمسية) تدريجياً لتصبح نوى رماد كثيفة تُعرف باسم الأقزام البيضاء. إذا كان قزم أبيض ينفد من الوقود النووي جزءًا من نظام ثنائي ، فيمكنه أن يسحب المادة من شريكه ، مضيفًا إلى كتلته حتى تصل نواته إلى درجات حرارة عالية بما يكفي لحدوث اندماج الكربون.

هناك أيضًا أنواع نادرة من المستعرات الأعظمية. سجل علماء الفلك الصينيون واحدًا من أقدم وأشهر “النجوم الضيفة” في 4 يوليو 1054. وقد ظل مرئيًا في وضح النهار لمدة 23 يومًا. تشكل البقايا الآن سديم السلطعون. تكهن البعض بذلك SN 1054 كان ما يسمى بمستعر أعظم “التقاط الإلكترون” ، تم وصفه لأول مرة منذ 40 عامًا.

إذا كان الأمر كذلك ، فإن SN 1054 له ابن عم من القرن الحادي والعشرين. مرة أخرى في يونيو ، أبلغنا من فريق من علماء الفلك قد حددت مستعر أعظم ثانٍ حديثًا ، يُطلق عليه SN 2018zd ، والذي يلبي جميع معايير مستعر أعظم يلتقط الإلكترون. في هذا السيناريو ، النجم ليس ثقيلًا بما يكفي لإنتاج قلب حديدي ينهار مستعر أعظم ، لكنه ليس خفيفًا بما يكفي لمنع جوهره من الانهيار التام. بدلاً من ذلك ، توقف هذه النجوم عملية الاندماج عندما تتكون نواتها من الأكسجين والنيون والمغنيسيوم. في هذا السيناريو ، تبتلع الإلكترونات بواسطة النيون والمغنيسيوم في النواة ، مما يتسبب في تشوه النواة تحت وزنها. والنتيجة النهائية هي سوبر نوفا.

وفقًا لهذا التحليل الجديد ، يبدو أن SN 1181 ينتمي إلى فئة أخرى نادرة نسبيًا تُعرف باسم اكتب Iax. إنه مرتبط بـ نوع الفئة Ia، حيث يكون السوبرنوفا نتيجة نظام نجمي ثنائي حيث يكون أحد النجمين قزمًا أبيض. عادةً ما يسحب القزم الأبيض الهيدروجين والهيليوم من نجمه المرافق ، ويصل في النهاية إلى الكتلة الحرجة وينفجر ، وبالتالي يدمر القزم الأبيض. ولكن هناك حالات ، كما هو الحال مع SN 2012Z ، حيث يفقد القزم الأبيض نصف كتلته فقط ويترك وراءه نجم الزومبي كبقية.

كتب المؤلفون: “كان SN 1181 حتى الآن هو المستعر الأعظم التاريخي الوحيد في الألفية الماضية دون بعض المقايضة”. لسنوات ، كان المرشح الأكثر ترجيحًا هو النجم النابض الراديوي والأشعة السينية المعروف باسم 3C-58 ، والذي يدور حاليًا حوالي 15 مرة في الثانية. وهذا يعني أن النجم النابض لم يفقد قدرًا كبيرًا من طاقة دورانه على مدار 900 عام الماضية. من ناحية أخرى ، فقدت بقايا SN 1054 ، سديم السرطان ، حوالي ثلثي طاقتها الدورانية. ووفقًا لقراءات الراديو الحديثة من 3C-58 ، من المحتمل أن يكون النجم النابض أقدم بكثير من SN 1181 ، وبالتالي لا يمكن أن يكون أثرًا منه.

أدخل السديم Pa30 على شكل قرص ، والذي اكتشفه علماء الفلك لأول مرة في عام 2013. ويحيط Pa30 بسديم نادر وضخم لوب رايت النجم المعروف باسم Parker’s Star. قرر المؤلفون أن الغبار والغاز في Pa30 يمتدان بسرعة تزيد عن 1100 كم / ثانية ، واستخدم الفريق هذه السرعة لاشتقاق عمر السديم: حوالي 1000 عام. هذا يجعلها مرشحًا رائعًا لبقية SN 1181.

“التقارير التاريخية تضع النجم الضيف بين كوكبتين صينيتين تشوانشي وهواجاي. نجم باركر يناسب الموقف جيدًا ، ” قال المؤلف المشارك ألبرت Zijlstra من جامعة مانشستر. “هذا يعني أن العمر والموقع يتوافقان مع أحداث 1181.”

افترض علماء الفلك سابقًا أن نجم Pa30 و Parker نتج عن اصطدام وانصهار نجمين قزمين أبيضين ، مما أدى إلى إنتاج مستعر أعظم يشبه Iax ، و Zijlstra وآخرون.استنتاجات تتفق مع هذه الفرضية. حوالي 10٪ فقط من المستعرات الأعظمية من هذا النوع وهي غير مفهومة جيدًا. ” يقول زيجلسترا. “حقيقة أن SN1181 كان ضعيفًا ولكنه تلاشى ببطء شديد يناسب هذا النوع. إنه الحدث الوحيد من هذا القبيل حيث يمكننا دراسة كل من السديم المتبقي والنجم المدمج والحصول أيضًا على وصف له. الانفجار نفسه من الجيد أن تكون قادرًا على حل اللغز التاريخي والفلكي.

DOI: رسائل مجلة الفيزياء الفلكية ، 2021. 10.3847 / 2041-8213 / ac2253 (حول DOIs).