المستعر الأعظم هو نهاية رائعة لنجم عملاق. للحظة وجيزة من الزمن الكوني ، يبذل النجم جهدًا أخيرًا ليظل ساطعًا ، ثم يتلاشى وينهار على نفسه. والنتيجة النهائية هي إما نجم نيوتروني أو ثقب أسود ذو كتلة نجمية. لقد اعتقدنا عمومًا أن جميع النجوم التي يزيد حجمها عن عشرة كتل شمسية ستنتهي على شكل مستعر أعظم ، لكن دراسة جديدة تشير إلى أن الأمر ليس كذلك.
على عكس المستعرات الأعظمية الشهيرة من النوع Ia ، والتي يمكن أن تكون ناجمة عن اندماج أو تفاعل نجمين ، تخضع النجوم الكبيرة لما يعرف باسم سوبر نوفا انهيار النواة. النجوم تعيش من خلال توازن الحرارة والضغط ضد الجاذبية. مع اندماج المزيد من العناصر ، يجب أن يولد النجم الكبير الحرارة عن طريق دمج العناصر الثقيلة باستمرار. في النهاية ، يشكل هذا طبقة من المناطق حيث يتم دمج عناصر مختلفة. لكن هذه السلسلة لا يمكن حملها إلا إلى الحديد. بعد ذلك ، فإن دمج العناصر الأثقل يكلفك الطاقة بدلاً من إطلاقها. لذلك ، ينهار اللب ، مما يخلق موجة صدمة تمزق النجم.
نموذج قشرة البصل لنجم محتضر ، وليس مقياس. الائتمان: آر جيه هول
في نماذج النجوم الكبيرة المحتضرة ، تحدث المستعرات الأعظمية لانهيار النواة للنجوم فوق 9-10 كتل شمسية ، حتى حوالي 40-50 كتلة شمسية. فوق تلك الكتلة ، تكون النجوم ضخمة جدًا لدرجة أنها من المحتمل أن تكون يتحول إلى ثقب أسود مباشرة ، دون أن يصبح سوبرنوفا. قد تنفجر النجوم شديدة الكتلة ، التي تصل إلى 150 كتلة شمسية أو أكثر ، على شكل فرط نوفا. لا تنفجر هذه الوحوش بسبب انهيار النواة ، بل بسبب تأثير يُعرف باسم عدم الاستقرار الزوجي ، حيث تتشكل الفوتونات المتصادمة في اللب خلق أزواج من الإلكترونات والبوزيترونات.
تقترح هذه الدراسة الجديدة أن الحد الأقصى لكتلة المستعرات الأعظمية المنهارة الأساسية قد يكون أقل بكثير مما كنا نظن. نظر الفريق في الوفرة الأولية لزوج من المجرات المتصادمة المعروفة باسم Arp 299. نظرًا لأن المجرات في طور الاصطدام ، فإن المنطقة هي مرتع من المستعرات الأعظمية. نتيجة لذلك ، يجب أن تعتمد الكميات الكبيرة من عناصر Arp 299 إلى حد كبير على العناصر المنبعثة في انفجارات المستعر الأعظم. قاموا بقياس نسبة وفرة الحديد إلى الأكسجين ، ونسب النيون والمغنيسيوم إلى الأكسجين. وجدوا أن نسب Ne / O و Mg / O كانت مماثلة لتلك الخاصة بالشمس ، بينما كانت نسبة Fe / O أقل بكثير من مستويات الطاقة الشمسية. يصب الحديد في الكون بكفاءة أكبر بواسطة المستعرات الأعظمية الكبيرة.
صورة هابل تتصادم مع المجرات المعروفة باسم Arp 299. Credit: NASA و ESA و Hubble Heritage Collaboration و A. Evans
النسب التي لاحظها الفريق لا تتطابق مع نماذج الانهيار الأساسية القياسية ، لكنهم وجدوا أن البيانات تطابق نماذج المستعر الأعظم جيدًا إذا استبعدت أي مستعر أعظم يزيد عن 23 - 27 كتلة شمسية. بعبارة أخرى ، إذا انهارت النجوم إلى ثقوب سوداء فوق 27 كتلة شمسية ، فإن النماذج والملاحظات تتفق.
لا يثبت هذا العمل بشكل قاطع أن الحد الأقصى لكتلة المستعرات الأعظمية أصغر مما كنا نظن. من الممكن أيضًا أن تنتج المستعرات الأعظمية مستويات أعلى من النيون والمغنيسيوم أكثر مما تتوقعه النماذج. في كلتا الحالتين ، من الواضح أنه لا يزال لدينا الكثير لنتعلمه عن اللحظات الأخيرة للنجوم الكبيرة المحتضرة.
المرجعي:ماو ، جونجي ، وآخرون '. الوفرة الأولية للجو الحار لمجرة الأشعة تحت الحمراء المضيئة Arp 299 . 'رسائل مجلة الفيزياء الفلكية918.1 (2021): L17.
