حوالي 97٪ من جميع النجوم في كوننا مقدر لها إنهاء حياتها كنجوم قزم أبيض ، وهو ما يمثل المرحلة النهائية في تطورها. مثل النجوم النيوترونية ، تتشكل الأقزام البيضاء بعد أن استنفدت النجوم وقودها النووي وتخضع لانهيار الجاذبية ، فتتخلص من طبقاتها الخارجية لتصبح بقايا نجمية متماسكة للغاية. سيكون هذا هو مصير شمسنا بعد مليارات السنين من الآن ، والتي سوف تتضخم لتصبح عملاقًا أحمر قبل أن تفقد طبقاتها الخارجية.
على عكس النجوم النيوترونية ، التي تنتج عن نجوم أكثر ضخامة ، كانت كتلة الأقزام البيضاء ذات مرة تعادل ثمانية أضعاف كتلة شمسنا أو أخف وزنا. بالنسبة للعلماء ، فإن كثافة وقوة الجاذبية لهذه الأجسام هي فرصة لدراسة قوانين الفيزياء في ظل بعض الظروف الأكثر قسوة التي يمكن تخيلها. وفق بحث جديد بقيادة باحثين من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، تم العثور على أحد هذه الأجسام وهو أصغر وأضخم قزم أبيض تم رؤيته على الإطلاق.
ظهرت الدراسة التي تصف نتائج فريق البحث في 1 يوليوشارعمشكلة من المجلة العلميةطبيعة سجية.البحث كان بقيادة إيلاريا كيازو ، باحث شيرمان فيرتشايلد باحث ما بعد الدكتوراه في الفيزياء الفلكية النظرية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، وشمل زملاء من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، جامعة كولومبيا البريطانية (UBC) و UC Santa Cruz و معهد وايزمان للعلوم في رحوفوت ، إسرائيل.
انطباع الفنان عن القزم الأبيض ZTF J1901 + 1458 فوق القمر في هذا التمثيل الفني ؛ في الواقع ، يقع القزم الأبيض على بعد 130 سنة ضوئية في كوكبة أكويلا. الائتمان: جوزيبي باريزي
هذا القزم الأبيض ، المعروف باسم ZTF J190132.9 + 145808.7 (المعروف أيضًا باسم ZTF J1901 + 1458) ، يقع على بعد حوالي 130 سنة ضوئية من الأرض ويقدر أنه 1.35 ضعف كتلة شمسنا. ومع ذلك ، فإن نصف قطر نجمي لهذا القزم الأبيض يبلغ حوالي 1810 كم (1125 ميل) - أكبر قليلاً من القمر (1،737.4 كم ؛ 1،080 ميل) - مما يجعله الأصغر.وأكبر قزم أبيض تم ملاحظته على الإطلاق. كما أوضح Caiazzo في الآونة الأخيرة بيان صحفي من مرصد دبليو إم كيك:
'قد يبدو الأمر غير منطقي ، لكن الأقزام البيضاء الأصغر تكون أكثر ضخامة. هذا يرجع إلى حقيقة أن الأقزام البيضاء تفتقر إلى الاحتراق النووي الذي يحافظ على النجوم العادية ضد جاذبيتها الذاتية ، وبدلاً من ذلك يتم تنظيم حجمها بواسطة ميكانيكا الكم '.
يمتلك هذا القزم الأبيض أيضًا مجالًا مغناطيسيًا شديدًا ، يتراوح من 600 إلى 900 ميجا جاوس (MG) على سطحه بالكامل ، أو ما يقرب من مليار مرة أقوى من شمسنا. يمتلك هذا المجال المغناطيسي واحدة من أسرع فترات الدوران التي لوحظت على الإطلاق في قزم أبيض منعزل ، حيث يدور حول محور النجم مرة كل 6.94 دقيقة. علاوة على ذلك ، فإن دراسة هذا القزم الأبيض تقدم بالفعل لعلماء الفلك نظرة ثاقبة حول كيفية إنهاء الأنظمة الثنائية لحياتهم.
تم اكتشاف هذا القزم الأبيض الفضولي في الأصل من قبل كيفن بيردج ، وهو باحث ما بعد الدكتوراه في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومؤلف مشارك في الدراسة الأخيرة. استنادًا إلى صور السماء بالكامل التي تم التقاطها بواسطة مرفق زويكي العابر (ZTF) في مرصد بالومار التابع لمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، جنبًا إلى جنب مع البيانات التي حصلت عليها وكالة الفضاء الأوروبيةمرصد جايا، أصبح من الواضح أن القزم الأبيض كان أيضًا ضخمًا جدًا وله دوران سريع.
عرض فنان لقزم أبيض من سطح كوكب خارجي يدور حول المجموعة الشمسية. حقوق الصورة: جامعة مادن / كورنيل
تم إجراء المزيد من التوصيفات باستخدام تلسكوب هيل 200 بوصة في Palomar ، و مرصد دبليو إم كيك ، ال تلسكوب المسح البانورامي ونظام الاستجابة السريعة (بان ستارز) ، وكالة الفضاء الأوروبية مرصد جايا ووكالة ناسا مرصد نيل جيريلز سويفت . في حين أن الأطياف حصل عليها Keck’s مطياف التصوير منخفض الدقة كشفت (LRIS) عن توقيعات مجال مغناطيسي قوي ، وساعدت بيانات الأشعة فوق البنفسجية من Swift في تقييد حجم وكتلة القزم الأبيض.
بين مجالها المغناطيسي القوي وسرعتها الدورانية التي تبلغ سبع دقائق ، بدأت كاياتزا وزملاؤها يعتقدون أن ZTF J1901 + 1458 كان نتيجة تحام اثنين من الأقزام البيضاء الأصغر في واحد. ما يقرب من 50٪ من النجوم في الكون المرئي هي أنظمة ثنائية ، تتكون من رفيقين نجميين يدوران حول أحدهما الآخر. إذا كانت هذه النجوم أقل من ثماني كتل شمسية لكل منها ، فسوف تتطور إلى أقزام بيضاء تندمج في النهاية لتشكل نوعًا أكثر ضخامة.
تعزز هذه العملية المجال المغناطيسي للقزم الأبيض الناتج وتسرع دورانه مقارنةً بنشأة القزم الأبيض. سوف يشرح أيضًا كيف تمكنت ZTF J1901 + 1458 من تركيز مثل هذه الكتلة الكبيرة في حجم أكبر قليلاً من حجم القمر. بالإضافة إلى ذلك ، قال كايازو ، إنهم وضعوا نظرية مفادها أن البقايا يمكن أن تكون ضخمة بما يكفي لتتطور إلى نجم نيوتروني في مرحلة ما:
'لقد التقطنا هذا الجسم المثير للاهتمام للغاية والذي لم يكن ضخمًا بما يكفي لينفجر. نحن حقًا نحقق في مدى ضخامة القزم الأبيض. هذا تخميني للغاية ، لكن من الممكن أن يكون القزم الأبيض ضخمًا بدرجة كافية لمزيد من الانهيار ليصبح نجمًا نيوترونيًا. إنها ضخمة وكثيفة لدرجة أن الإلكترونات في جوهرها تلتقطها البروتونات في نوى لتكوين نيوترونات. لأن الضغط من الإلكترونات يدفع ضد قوة الجاذبية ، مما يحافظ على سلامة النجم ، ينهار اللب عند إزالة عدد كبير من الإلكترونات '.
إذا كانت فرضيتهم صحيحة ، فقد يعني ذلك أن جزءًا كبيرًا من النجوم النيوترونية الأخرى في مجرتنا لم تبدأ حياتها كنجوم ضخمة ، بل تطورت بدلاً من ذلك من نجوم ثنائية أصغر. إن قرب الجسم المكتشف حديثًا من الأرض (~ 130 سنة ضوئية) وحقيقة أنه صغير نسبيًا (عمره 100 مليون سنة أو نحو ذلك) هي مؤشرات على أن الأجسام المماثلة يمكن أن تكون شائعة في مجرتنا.
تأمل Caiazzo وزملاؤها في المستقبل في استخدام ZTF للعثور على المزيد من الأقزام البيضاء مثل ZTF J1901 + 1458 ، بالإضافة إلى المزيد بشكل عام. من خلال تعداد الأقزام البيضاء ، سيتمكن العلماء من دراسة السكان ككل وتحديد عدد النجوم الضخمة التي تعرضت لمستعر أعظم ، وكم كانت نتيجة اندماج رفقاء ثنائي بالقرب من نهاية حياتهم.
'هناك الكثير من الأسئلة التي يجب معالجتها ، مثل ما هو معدل اندماج الأقزام البيضاء في المجرة ، وهل يكفي شرح عدد المستعرات الأعظمية من النوع Ia؟' قالت. كيف يتولد مجال مغناطيسي في هذه الأحداث القوية ، ولماذا يوجد مثل هذا التنوع في شدة المجال المغناطيسي بين الأقزام البيضاء؟ سيساعدنا العثور على عدد كبير من الأقزام البيض المولودين من عمليات الاندماج في الإجابة على كل هذه الأسئلة والمزيد '.
قراءة متعمقة: و. م. مرصد كيك و طبيعة سجية
