عندما تستنفد النجوم مثل شمسنا وقودها الهيدروجين ، فإنها تدخل ما يعرف باسمها العملاق الأحمر فرع (RGB) المرحلة. يتميز هذا النجم بالتوسع إلى عدة أضعاف حجمه الأصلي ، وبعد ذلك يتخلص من طبقاته الخارجية ويتحول إلى أقزام بيضاء مضغوطة. على مدار المليارات القليلة القادمة ، يُعتقد أن هذه النجوم ستستهلك ببطء أي أجسام وستظل حلقات الغبار قريبة بما يكفي لتتأثر بجاذبيتها.
ومع ذلك ، قام عالِم مواطن يُدعى ميلينا ثيفينوت مؤخرًا باكتشاف مفاجئ عند مراقبة نظام قزم أبيض. استنادًا إلى بيانات من مستكشف مسح الأشعة تحت الحمراء واسع المجال مهمة (وايز) ، كان هذا النجم قزمًا أبيض لمليارات السنين ، ولكن لا يزال لديه حلقات متعددة من الغبار حوله. معروف ك LSPM J0207 + 3331 (أو J0207) ، قد يجبر هذا الاكتشاف الباحثين على إعادة النظر في نماذج أنظمة الكواكب.
تم الاكتشاف من خلال عوالم الفناء الخلفي: كوكب 9 ، وهو مشروع بقيادة مارك كوشنر (عالم فيزياء فلكية في وكالة ناسا مركز جودارد لرحلات الفضاء ) التي تعتمد على متطوعين لفرز بيانات وايز لاكتشافات جديدة. تقع على بعد حوالي 145 سنة ضوئية في الكوكبة برج الجدي ، يعتقد علماء الفلك أن J0207 قد يكون أول مثال معروف لقزم أبيض مع حلقات غبار متعددة ، والأقدم.
كان الاكتشاف أيضًا موضوع دراسة حديثة نُشرت فيمجلة الفيزياء الفلكية(' تم اكتشاف قزم أبيض 3 جير مع غبار دافئ عبر عوالم الفناء الخلفي: مشروع علوم المواطن للكوكب 9 '). مثل جون ديبس ، عالم الفلك في معهد علوم تلسكوب الفضاء في بالتيمور والمؤلف الرئيسي على الورقة ، الذي تم الكشف عنه مؤخرًا في وكالة ناسا خبر صحفى :
'هذا القزم الأبيض قديم جدًا لدرجة أن أي عملية تغذي المواد في حلقاته يجب أن تعمل على فترات زمنية تبلغ مليار سنة. معظم النماذج التي ابتكرها العلماء لشرح الحلقات حول الأقزام البيضاء تعمل بشكل جيد حتى حوالي 100 مليون سنة ، لذا فإن هذا النجم يتحدى افتراضاتنا حول كيفية تطور أنظمة الكواكب. '
تم الكشف عن النجمة بواسطة مستكشف مسح الأشعة تحت الحمراء واسع المجال (WISE) التابع لوكالة ناسا المهمة التي التقطت إشارة الأشعة تحت الحمراء القوية ، مما يشير إلى وجود الغبار. استنادًا إلى المعدل الذي تبرد به النجوم القزمة البيضاء بمرور الوقت ، حسب فريق ديبيس من درجات حرارة سطحها - أكثر من 5800 بقليل°ج (10500°F) - أن J0207 كانت في طور القزم الأبيض منذ حوالي 3 مليارات سنة.
تتناقض هذه الاكتشافات الجديدة مع ما اشتبه به علماء الفلك لبعض الوقت حول تطور أنظمة النجوم. في الماضي ، لاحظ علماء الفلك كيف أن الكواكب والكويكبات التي نجت من طور RGB للنجم ستتحرك بعيدًا بعد أن تدخل طور القزم الأبيض. هذا يرجع إلى أن النجم فقد الكثير من كتلته ، وبالتالي تأثيره الثقالي على الأجسام المحيطة.
يتوقع علماء الفلك أن هذا هو ما سيحدث لنظامنا الشمسي في حوالي 5 مليارات سنة. بعد التوسع ليشمل كوكب الزهرة وعطارد و الارض ، ستفقد شمسنا طبقاتها الخارجية وتصبح قزمًا أبيض. في هذه المرحلة ، فإن الكواكب والأشياء المتبقية (والتي من المحتمل أن تشمل حزام الكويكب الرئيسي وعمالقة الغاز و كوبر بيلت ) كلها تنجرف للخارج.
ومع ذلك ، في 1 إلى 4٪ من الحالات ، أظهرت الأقزام البيضاء انبعاثات الأشعة تحت الحمراء التي تشير إلى أنها محاطة بأقراص أو حلقات من الغبار. يعتقد العلماء أن هذا قد يكون نتيجة ركل الكويكبات والمذنبات من أحزمةهم من خلال تفاعل الجاذبية مع الكواكب النازحة وإرسالها نحو النجم. عندما تقترب هذه الأجسام من القزم الأبيض ، فإنها تتمزق بسبب اضطراب المد الناجم عن جاذبية النجم القوية.
سيشكل الحطام الناتج حلقة مغبرة تسقط ببطء إلى الداخل وتتراكم على سطح النجم. ومع ذلك ، في جميع الحالات السابقة ، لوحظ وجود أقراص وحلقات غبار فقط حول الأقزام البيضاء التي كان عمرها حوالي مليار سنة. بدا هذا متسقًا مع الفكرة القائلة بأن الأقزام البيضاء الأكبر سنًا قد استنفدت بشكل فعال إمداداتها من الكويكبات وحلقات الغبار الناتجة.
هذا الاكتشاف الأخير يجعل من J0207 أقدم وأبرد قزم أبيض مع الغبار يمكن ملاحظته على الإطلاق. عندما لاحظت ميلينا ثيفنوت إشارات الأشعة تحت الحمراء لجهاز J0207 لأول مرة ، اعتقدت أنها بيانات سيئة. في ذلك الوقت ، كانت تبحث في وكالة الفضاء الأوروبية جايابعثة المحفوظات الخاصة بالأقزام البنية ، والتي بالكاد يمكن اكتشافها خارج انبعاثات الأشعة تحت الحمراء الخاصة بها.
مفهوم الفنان لمستكشف المسح بالأشعة تحت الحمراء واسع المجال باعتباره مداره حول الأرض. الائتمان: ناسا / مختبر الدفع النفاث
بعد استشارة بيانات WISE بالأشعة تحت الحمراء ، أدركت أنها كانت ساطعة جدًا وبعيدة جدًا عن أن تكون قزمًا بنيًا. نقل Thévenot هذه النتائج إلى فريق Backyard Worlds: Planet 9 ، والذي حصل بعد ذلك على ملاحظات المتابعة من مرصد دبليو إم كيك في هاواي. مثل Thévenot شرح :
'هذا جانب محفز حقًا في البحث. سيقوم الباحثون بتحريك تلسكوباتهم للنظر إلى العوالم التي اكتشفتها. لكن ما أستمتع به بشكل خاص هو التفاعل مع فريق البحث الرائع. الجميع طيبون للغاية ، وهم يحاولون دائمًا تحقيق أقصى استفادة من اكتشافاتنا '.
علاوة على ذلك ، يعتقد ديبس وزملاؤه أن J0207 قد يكون لديها حتى نظام من الحلقات. يقترحون في دراستهم أن هذا سيتكون من مكونين متميزين: حلقة خارجية رقيقة حيث تكسر جاذبية القزم الأبيض الكويكبات ، وحلقة أوسع أقرب إلى النجم. من المرجح أن تجبر هذه الملاحظات الجديدة علماء الفلك على إعادة النظر في نماذجهم لكيفية تطور أنظمة الكواكب.
قال كوشنر: 'لقد بنينا Backyard Worlds: Planet 9 للبحث عن الأقزام البنية والكواكب الجديدة في النظام الشمسي'. لكن العمل مع العلماء المواطنين يؤدي دائمًا إلى المفاجآت. إنهم شرهون - احتفل المشروع للتو بعيد ميلاده الثاني ، وقد اكتشفوا بالفعل أكثر من 1000 من الأقزام البنية المحتملة. الآن بعد أن أعدنا تشغيل موقع الويب بمضاعفة كمية بيانات WISE ، نتطلع إلى اكتشافات أكثر إثارة '.
دورة حياة النجم الشبيه بالشمس من النجم الأولي (الجانب الأيسر) إلى العملاق الأحمر (بالقرب من الجانب الأيمن) إلى القزم الأبيض (أقصى اليمين). الائتمان: ESO / M. كورنميسر
بالإضافة إلى فرض إعادة التفكير في كيفية تطور نظام الكواكب بمرور الوقت ، يمكن أن يوفر هذا البحث أدلة حول مستقبل نظامنا الشمسي. بمجرد أن تصبح شمسنا قزمًا أبيض ، فمن المرجح أن تقضي المليارات القليلة القادمة من السنين في استهلاك الكويكبات وأجرام حزام كوير التي طردها عمالقة الغاز الناجون من أحزمتهم. وفقًا لهذه الدراسة الأخيرة ، يمكن أن يكون لها أيضًا حلقة من الغبار بعد حوالي عدة مليارات من السنين.
وبينما كان هذا الاكتشاف نعمة لعلماء الفلك ، فإنه يوضح أيضًا ما يمكن تحقيقه بفضل التعاون بين المنظمات العلمية والعلماء المواطنين. في عصر أبحاث الكواكب الخارجية وعلم الفلك المتقدم ، فإن الحجم الهائل للبيانات يجعل مثل هذا التعاون ليس ضروريًا فحسب ، بل إنه مربح للغاية.
قراءة متعمقة: ناسا و رسائل مجلة الفيزياء الفلكية