تساعد الأقزام البيضاء في العثور على الكواكب الخارجية وكشف أسرار الكون. كيف؟

ما هي الأقزام البيضاء؟

الأقزام البيضاء هي نجوم تتكون من بلازما الإلكترون النووي ، خالية من

مصادر طاقة الاندماج ومتوهجة بشكل ضعيف بسبب طاقتها الحرارية ، والتبريد التدريجي والاحمرار.

أقرب قزم أبيض معروف هو Sirius B ،يقع على بعد 8.6 سنة ضوئية. من المفترض أنه من بين أقرب مائة نظام نجمي للشمس ، ثمانية نجوم هي أقزام بيضاء. في الوقت الحاضر ، تشكل الأقزام البيضاء ، وفقًا لتقديرات مختلفة ، ما بين 3 إلى 10٪ من عدد النجوم في مجرتنا (يرجع عدم اليقين في التقدير إلى صعوبة ملاحظة الأقزام البيضاء البعيدة نظرًا لانخفاض لمعانها).

تتشكل الأقزام البيضاء أثناء تطور النجوم التي لا تكفي كتلتها لتصبح نجما نيوترونيا ، أي لا تتجاوزحوالي 10 أضعاف كتلة الشمس ، والتي في مجرتنا أكثر من 97 ٪ منعندما ينتهي نجم تسلسل رئيسي منخفض أو متوسط الكتلةبتحويل الهيدروجين إلى هيليوم ، يتوسع ليصبح عملاقا أحمر.

العملاق الأحمر مدعوم بالتفاعلات النووية الحرارية التي تحول الهيليوم إلى كربون وأكسجين.إذا كانت كتلة العملاق الأحمر غير كافية لرفع درجة حرارة القلب إلى المستوى اللازم للتفاعلات النووية الحرارية التي تنطوي على الكربون الناتج ، فإنه يحدثتراكمها في قلب النجم ، جنبا إلى جنب مع الأكسجين.

يلقي النجم غلافه الخارجي ، ويشكل سديمًا كوكبيًا ، ويصبح اللب السابق للنجم قزمًا أبيض مكونًا من الكربون والأكسجين.

القزم الأبيض سيريوس ب (السهم) بجانب سيريوس أ. الصورة بواسطة تلسكوب هابل

أصل الأقزام البيضاء

في شرح نشأة الأقزام البيضاء ، المفتاحلعبت فكرتان دورًا: فكرة عالم الفلك إرنست إيبيك أن العمالقة الحمراء تتشكل من نجوم التسلسل الرئيسي نتيجة احتراق الوقود النووي ، وافتراض عالم الفلك فاسيلي فيسينكوف أن النجوم المتسلسلة الرئيسية يجب أن تفقد كتلتها ، وهكذا يجب أن يكون لفقدان الكتلة تأثير كبير على تطور النجوم. تم تأكيد هذه الافتراضات بالكامل.

• تقلص الأقزام البيضاء

توقع المنظرون أن الأقزام البيضاء الشابة يجب أن تنهار في وقت مبكر من تطورها.وفقا للحسابات ، بسبب التبريد التدريجي ، يمكن لنصف قطر القزم الأبيض النموذجيتقلص بعدة مئات من الكيلومترات في المليون سنة الأولى من الوجود.

في عام 2017، علماء الفيزياء الفلكية الروس منمعهد الدولة الفلكي الذي يحمل اسم بي كيه ستيرنبرغ، جامعة موسكو الحكومية، معهد علم الفلك التابع للأكاديمية الروسية للعلوم، معهد الفيزياء النظرية والتجريبية الذي يحمل اسم أليخانوف والمعهد الوطني للفيزياء الفلكية (ميلانو) تحت قيادة البروفيسور سيرجي بوريسوفيتش قام بوبوف لأول مرة في العالم بتوثيق اكتشاف قزم أبيض شاب، يتناقص نصف قطره بسرعة كبيرة.

العلماء الروس ومساعديهم الإيطالييندرس انبعاث الأشعة السينية للنظام الثنائي HD49798/RX J0648.0-4418، الموجود في كوكبة Puppis على مسافة ألفي سنة ضوئية من الأرض. ونشرت نتائج البحث في المجلةالإخطارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكيةفي فبراير 2018.

الشكل: 8. نظام ثنائي غريب PSR J0348 + 0432 ، يتكون من نجم نابض وقزم أبيض يدور حوله في 2.5 ساعة

تطور الأقزام البيضاء

تبدأ الأقزام البيضاء تطورها باعتبارها النوى المتحللة المكشوفة للعمالقة الحمراء التي تخلت عن قوقعتها - أي مثل النجوم المركزية للسدم الكوكبية الشابة.

درجات حرارة الفوتوسفير في نوى الكواكب الصغيرةالسدم عالية للغاية - على سبيل المثال ، تتراوح درجة حرارة النجم المركزي للسديم NGC 7293 من 90.000 كلفن (مقدرة من خطوط الامتصاص) إلى 130.000 كلفن (مقدرة من طيف الأشعة السينية). في درجات الحرارة هذه ، تمثل الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية الصلبة معظم الطيف.

وفي الوقت نفسه، لوحظت الأقزام البيضاء فيتنقسم الأطياف في الغالب إلى مجموعتين كبيرتين - الفئة الطيفية "الهيدروجين" DA، حيث لا يوجد في الأطياف خطوط هيليوم، والتي تشكل ~ 80٪ من سكان الأقزام البيضاء، والفئة الطيفية "الهيليوم" DB بدون خطوط الهيدروجين في الأطياف، ويشكلون معظم السكان المتبقين البالغ عددهم 20٪.

سبب هذا الاختلاف في تكوين أجواء البيضظلت الأقزام منذ فترة طويلة غير واضحة. في عام 1984 ، نظر إيكو إيبن في سيناريوهات "خروج" الأقزام البيضاء من العمالقة الحمراء النابضة الموجودة على الفرع العملاق المقارب في مراحل النبض المختلفة.

المرحلة المتأخرة 

في مرحلة متأخرة من التطور في العمالقة الحمر معبكتل تصل إلى عشرة شمسية، نتيجة "احتراق" نواة الهيليوم، تتشكل نواة متحللة، تتكون بشكل رئيسي من الكربون وعناصر أثقل، محاطة بمصدر طبقة الهيليوم غير المتحللة، حيث يتم تفاعل ثلاثي الهيليوم يحدث.

بدوره، فوقه هناك طبقةمصدر هيدروجين تحدث فيه تفاعلات نووية حرارية لدورة بيث، حيث يتم تحويل الهيدروجين إلى هيليوم، محاطًا بقشرة هيدروجينية؛ وبالتالي فإن مصدر طبقة الهيدروجين الخارجية هو "المنتج" للهيليوم لمصدر طبقة الهيليوم.

يخضع احتراق الهيليوم في مصدر الطبقة لـعدم الاستقرار الحراري بسبب الاعتماد على درجات الحرارة المرتفعة للغاية، ويتفاقم هذا بسبب ارتفاع معدل تحويل الهيدروجين إلى الهيليوم مقارنة بمعدل احتراق الهيليوم؛ والنتيجة هي تراكم الهيليوم وضغطه حتى يبدأ الانحطاط وزيادة حادة في معدل تفاعل الهيليوم الثلاثي وتطورهطبقة فلاش الهيليوم.

الشكل: 5. السديم الكوكبي NGC 3132: نجم مزدوج في المنتصف - نظير لسيريوس

كيف يمكن للضوء من الأقزام البيضاء أن يساعد العلماء؟

• أنظمة الكواكب

وفي دراسة جديدة قادها علماء الفلكيوضح مارك أ. هولاندز أنه بعد وفاة النجم، لا تختفي كل الأدلة على وجود نظام كوكبي من خريطة المجرة.

إذا بقيت الكواكب في النظام أو عارية منهاالنوى، فإن تفاعل الجاذبية بينهما يمكن أن يتسبب في سقوط الشظايا في نهاية المطاف على بقايا النجم الأم. وتتكون بقايا النجم، التي تسمى القزم الأبيض، بالكامل تقريبًا من الكربون والأكسجين، وتحيط بها قشرة كثيفة ولكن رقيقة من الهيدروجين والهيليوم.

بطبيعة الحال ، أي شيء يظهر أيضًاقريبًا ، سيتمزق إلى أشلاء بفعل الجاذبية الشديدة للقزم الأبيض ، وستسقط شظاياها على سطح النجم ، حيث ستختلط مع الهيدروجين والهيليوم للأصداف.

الليثيوم ، الكالسيوم الموجود في كرات ضوئية قزمةوالصوديوم ، بينما تم العثور أيضًا على المغنيسيوم والبوتاسيوم والكروم والحديد في حالة القزم LHS 2534. يتم إثراء تركيبة المادة clastic التي تقع على الأقزام البيضاء المدروسة في الليثيوم واستنزاف الكالسيوم مقارنة بأجسام النظام الشمسي وتتطابق بشكل وثيق مع المحتوى الموجود في قشرة الأرض الرئيسية.

بعد ضرب النجم، العناصر المدرجة فيتبدأ تركيبة الجسم المدمر، مثل الليثيوم والكالسيوم، في إصدار ضوء خاص بها بخصائص طيفية فريدة، مما يسمح بتحديدها بشكل لا لبس فيه.

معظم الأقزام البيضاء كذلكحار ، وضوءها الساطع يجعل من الصعب رؤية أي تلوث. ومع ذلك ، ساعدت مهمة Gaia الأخيرة في رسم خريطة لعشرات من الأقزام البيضاء القديمة الباردة ، ووجد علماء الفلك علامات واضحة على عظام الكواكب في أجواء هذه النجوم.

الشكل: 3. تعداد الأقزام البيضاء في العنقود النجمي الكروي NGC 6397. المربعات الزرقاء - أقزام الهيليوم البيضاء ، الدوائر الأرجوانية - الأقزام البيضاء "العادية" ذات المحتوى العالي من الكربون

في حالة نظام WD تمت ملاحظة J2317+1830الأشعة تحت الحمراء الزائدة، مما يشير إلى التراكم المستمر للحطام من القرص المحيط بالنجم إلى القزم، بمعدل تراكم إجمالي يقدر بـ 3 × 106 جرام في الثانية.

معتبرين أن سلف هذا الأبيضيمكن أن يكون القزم نجمًا كتلته 4.8 ضعف كتلة الشمس ، واعتبرت فكرة تكوين الكواكب بعد موت النجم غير ناجحة ، وهذا يثبت فكرة أن النجوم من النوع الطيفي من النوع B تشكل كوكبية. وأنظمة البقاء على قيد الحياة لمرحلة القزم الأبيض.

• الكواكب الخارجية

بالإضافة إلى ذلك ، WD J2317 + 1830 هي واحدة منأقدم الأنظمة التي يمكن أن تكونت كواكب صخرية متباينة. كل هذا يجعل من الممكن فرض قيود على نماذج تشكيل الكواكب التي يصعب للغاية الحصول عليها من ملاحظات الكواكب حول التسلسل الرئيسي للنجوم أو العمالقة.

كيف يساعد هذا؟

ووفقا للعلماء، فإن هذا الاكتشاف يلقي الضوءعلى العمليات التي تحدث في كوننا، والتي تغيرت فيها أجيال عديدة من أنظمة الكواكب على مدار 13 مليار سنة من وجودها.

قراءة المزيد

انظر إلى صورة 8 تريليون بكسل للمريخ

طور العلماء بديلًا لنظرية النسبية. ما هو جوهر "نظرية كل شيء"؟

وجد العلماء أدلة على تزاوج البشر الحديثين مع إنسان نياندرتال