على أساس الأطياف النجمية التي يبلغ مجموعها أكثر من 200 ساعة من وقت التعرض الفعال باستخدام تلسكوب VLT Kueyen الذي يبلغ طوله 8.2 مترًا في بارانال (تشيلي) ، توصل فريق من علماء الفلك [1] إلى اكتشاف مفاجئ حول النجوم في الكتلة الكروية الجنوبية العملاقة أوميغا قنطورس.
كان معروفًا لبعض الوقت أنه على عكس العناقيد الأخرى من هذا النوع ، فإن هذا العنقود النجمي يؤوي مجموعتين مختلفتين من النجوم التي لا تزال تحرق الهيدروجين في مراكزها. أحد السكان ، الذي يمثل ربع نجومه ، أكثر زرقة من الآخر.
باستخدام مطياف الأجسام المتعددة FLAMES المناسب بشكل خاص لهذا النوع من العمل ، وجد علماء الفلك أن النجوم الأكثر زرقة تحتوي على عناصر ثقيلة أكثر من تلك الموجودة في المجموعة الحمراء. كان هذا مخالفًا تمامًا للتوقعات ، وقد أدى ذلك إلى استنتاج مفاده أن النجوم الأكثر زرقة تحتوي على وفرة زائدة من عنصر الهيليوم الخفيف بنسبة تزيد عن 50٪. هم في الواقع أكثر النجوم الغنية بالهيليوم التي تم العثور عليها على الإطلاق. ولكن لماذا هي كذلك؟
يقترح الفريق أن هذا اللغز يمكن تفسيره بالطريقة التالية. أولاً ، حدث انفجار كبير في تكوين النجوم تم خلاله إنتاج كل نجوم المجموعة الحمراء. مثل النجوم العادية الأخرى ، حولت هذه النجوم هيدروجينها إلى هيليوم عن طريق الاحتراق النووي. بعضها ، كتلته 10-12 ضعف كتلة الشمس ، انفجر بعد ذلك بوقت قصير على شكل مستعرات أعظمية ، وبالتالي إثراء الوسط النجمي في الكتلة الكروية بالهيليوم. بعد ذلك ، تشكلت النجوم السكانية الزرقاء من هذا الوسط الغني بالهيليوم.
يوفر هذا الاكتشاف غير المتوقع رؤى جديدة مهمة حول الطريقة التي يمكن أن تتشكل بها النجوم في أنظمة نجمية أكبر.
اثنين من السكان
العناقيد الكروية هي عناقيد نجمية كبيرة يحتوي بعضها على مئات الآلاف من النجوم. يُعتقد عمومًا أن جميع النجوم التي تنتمي إلى نفس الكتلة الكروية قد ولدت معًا ، من نفس السحابة بين النجوم وفي نفس الوقت. لكن الغريب ، مع ذلك ، لا يبدو أن هذا هو الحال بالنسبة للعنقود الكروي الجنوبي الكبير أوميغا قنطورس.
أوميغا قنطورس هي الكتلة الكروية المجرية ذات التجمعات النجمية الأكثر تعقيدًا. قد تمثل كتلته الكبيرة نوعًا وسيطًا من الأجسام ، بين الحشود الكروية والأنظمة النجمية الأكبر مثل المجرات. بهذا المعنى ، فإن أوميغا قنطورس هي 'معمل' مفيد للغاية لفهم تاريخ تكون النجوم بشكل أفضل.
ومع ذلك ، يبدو أنه كلما زادت المعلومات التي يكتسبها علماء الفلك عن النجوم في هذه المجموعة ، قل فهمهم لأصل هذه النجوم. ولكن الآن ، قد تُظهر النتائج الجديدة المثيرة للاهتمام من التلسكوب الكبير جدًا (VLT) ESO طريقة ممكنة لحل النتائج الحالية المتناقضة على ما يبدو.
في العام الماضي ، أظهر فريق دولي من علماء الفلك [1] ، باستخدام بيانات من تلسكوب هابل الفضائي (HST) ، أن أوميغا قنطورس ، على عكس جميع العناقيد الكروية الأخرى ، تمتلك مجموعتين متميزتين من النجوم تحرق الهيدروجين في مركزها. الأمر الأكثر إثارة للحيرة هو اكتشاف أن المجموعة الأكثر زرقة كانت نادرة أكثر من المجموعة الحمراء: فهي تمثل ربع العدد الإجمالي للنجوم التي لا تزال تحرق الهيدروجين في قلبها المركزي. هذا هو عكس ما توقعه علماء الفلك تمامًا ، بناءً على ملاحظات النجوم الأكثر تطورًا في هذا التجمع.
أكثر من أسبوعين من إجمالي وقت التعرض!
ثم ذهب نفس الفريق من علماء الفلك لرصد بعض النجوم من مجموعتين في هذه المجموعة عن طريق أداة FLAMES على التلسكوب الكبير جدًا في بارانال. استخدموا وضع MEDUSA ، مما يسمح بالحصول على ما لا يقل عن 130 طيفًا في وقت واحد.
تم الحصول على اثني عشر طيفًا مدتها ساعة واحدة لـ 17 نجمة من المجموعة الزرقاء ونفس عدد النجوم من النجم الأحمر. هذه النجوم لها مقادير تتراوح بين 20 و 21 ، أي أنها أضعف ما بين 500000 و 1 مليون مرة مما يمكن رؤيته بالعين المجردة.
ثم تمت إضافة أطياف النجوم الفردية من كل مجموعة معًا. أنتج هذا طيفًا 'متوسطًا' لنجم ذو تعداد سكاني أزرق وطيف آخر من مجموعة سكانية حمراء. يمثل كل من هذه الأطياف ما لا يقل عن 204 ساعة من وقت التعرض ، وبالتالي يوفر معلومات بتفاصيل لا مثيل لها حول هذه النجوم ، خاصة من حيث تركيبها الكيميائي.
النتيجة العلمية تطابق الإنجاز الفني!
من خلال دراسة متأنية للأطياف المركبة ، تمكن علماء الفلك من إثبات أن النجوم الأكثر زرقة - على عكس كل التوقعات السابقة - هي 'غنية بالمعادن' (بمعامل اثنين) أكثر من النجوم الحمراء. يوضح رافاييل جراتون من INAF-Osservatorio Astronomico di Padova في إيطاليا: 'وجد أن الأخير يحتوي على وفرة من العناصر أكبر من الهيليوم والتي تقابل حوالي 1/40 من وفرة الطاقة الشمسية [2]'. 'هذا أمر محير للغاية حقًا لأن النماذج الحالية للنجوم تتنبأ أنه كلما كان النجم غنيًا بالمعادن ، يجب أن يكون أكثر احمرارًا'.
يعتقد جيامباولو بيوتو (جامعة بادوفا ، إيطاليا) ، قائد الفريق ، أن هناك حلًا لهذا اللغز السماوي: 'الطريقة الوحيدة لشرح هذا التناقض هي من خلال افتراض أن مجموعتي النجوم لديهما وفرة مختلفة من الهيليوم . نجد أنه في حين أن النجوم الحمراء لديها وفرة طبيعية من الهيليوم ، يجب إثراء النجوم الزرقاء بالهيليوم بنسبة تزيد عن 50٪ مقارنة بالسكان الآخرين! '
وبالتالي ، فإن هذه النجوم هي أكثر النجوم الغنية بالهيليوم التي تم العثور عليها على الإطلاق ، وليس بنسبة قليلة فقط! لقد استغرقت مجرة درب التبانة حوالي 8 مليارات سنة لزيادة وفرة الهيليوم من القيمة البدائية البالغة 24٪ (الناتجة عن الانفجار العظيم) إلى القيمة الحالية للطاقة الشمسية البالغة 28٪ ، ومع ذلك في الكتلة الكروية التي تشكل 1 أو 2 مليار فقط بعد سنوات من الانفجار العظيم ، أنتجت النجوم بنسبة 39٪ من الهيليوم!
التلوث من المستعرات الأعظمية
السؤال الواضح الآن هو: 'من أين يأتي كل هذا الهيليوم؟'
يقترح Luigi Bedin (ESO) ، وهو عضو آخر في الفريق ، أن الحل قد يكون مرتبطًا بالمستعرات الأعظمية: 'السيناريو الذي نفضله حاليًا هو السيناريو الذي ينشأ فيه محتوى الهيليوم العالي من المواد المقذوفة أثناء انفجارات المستعرات الأعظمية للنجوم الضخمة. من الممكن أن تكون الكتلة الإجمالية لأوميغا قنطورس صحيحة تمامًا للسماح للمواد التي طردتها المستعرات الأعظمية عالية الكتلة بالهروب ، بينما تم الاحتفاظ بالمادة الناتجة عن انفجارات النجوم التي تزيد كتلتها عن 10-12 ضعف كتلة الشمس '.
وفقًا لهذا السيناريو ، لا بد أن أوميغا قنطورس قد شهدت جيلين من النجوم. أنتج الجيل الأول ، مع وفرة الهليوم البدائي ، النجوم الأكثر احمرارًا. بعد بضع عشرات من ملايين السنين ، انفجرت أضخم نجوم الجيل الأول على شكل مستعرات أعظم. المادة المخصبة بالهيليوم التي تم طردها أثناء انفجارات النجوم ذات كتلة 10-12 مرة من كتلة الشمس 'تلوث' الكتلة الكروية. ثم تشكلت مجموعة ثانية من النجوم ، الأكثر زرقة ، من هذا الغاز الغني بالهيليوم.
يقر العلماء بأن بعض المشاكل لا تزال قائمة وأن الكلمة الأخيرة ربما لم تُقال بعد عن هذه الكتلة الكروية غير العادية. لكن النتائج الجديدة تشكل خطوة مهمة نحو حل أكبر لغز على الإطلاق: لماذا أوميغا قنطورس هو الوحيد من بين العنقود المجري الكروي الذي كان قادرًا على إنتاج نجوم غنية بالهيليوم؟
معلومات اكثر
ظهر البحث المقدم هنا في عدد 10 مارس من مجلة الفيزياء الفلكية ، المجلد. 621 ، ص. 777 ('الفلزات على التسلسل الرئيسي المزدوج لأوميغا القنطور ، ضمنيًا معزز كبير للهليوم' بقلم G. Piotto وآخرون) ومتاح للتنزيل كـ astro-ph / 0412016.
ملحوظات
[1]: يتألف الفريق من جيامباولو بيوتو ، وجيوفاني كارارو ، وساندرو فيلانوفا ، ويازان موماني (جامعة بادوفا ، إيطاليا) ، ولويجي ر. بادوفا ، إيطاليا) ، سانتي كاسيسي (INAF- المرصد الفلكي لتيرامو ، إيطاليا) ، أليخاندرا ريسيو بلانكو (مرصد نيس ، فرنسا) ، إيفان آر كينغ (جامعة واشنطن ، الولايات المتحدة الأمريكية) ، وجاي أندرسون (جامعة رايس ، الولايات المتحدة الأمريكية) ).
[2]: الهيليوم هو ثاني أكثر العناصر الكيميائية وفرة في الكون بعد الهيدروجين. تحتوي الشمس على حوالي 70٪ هيدروجين و 28٪ هيليوم. الباقي ، حوالي 2٪ ، مصنوع من جميع العناصر الأثقل من الهيليوم. يشار إليها عادة من قبل علماء الفلك على أنها 'معادن'.
المصدر الأصلي: بيان صحفي ESO
