الفلك

شمسنا بالفعل قزم أبيض؟

شمسنا بالفعل قزم أبيض؟

أشاهد قناة الاكتشاف العلمي كثيرًا وأستمتع بالمواد المتعلقة بالفضاء والنجوم والكواكب ، إلخ. في إحدى الحلقات ، يذكر الراوي أن شمسنا ستصبح يومًا ما قزمًا أبيض. سيتضاعف حجم شمسنا وستكون الأرض في النهاية داخل هذه الشمس المتضخمة. هذه نهاية كل الحياة على الأرض. ثم قرأت غطاء زجاجة Snapple حديثًا ينص على أن شمسنا بيضاء حقًا. قرأته مرة أخرى وضحكت: هل هو بالفعل نجم قزم أبيض في هذه المرحلة؟ أعتبر أن اللون الأصلي للنجم يكون أبيض. كيف سنعرف متى ستصبح الشمس قزمًا أبيض ويزداد حجمها تبتلع الأرض؟ في الأساس ما هو الإطار الزمني في هذا السياق.


أولا. في غضون 6 مليارات سنة ستصبح الشمس أكبر بكثير مما هي عليه الآن ، وربما عامل 20 ، وستكون عملاقًا أحمر. ثم بعد ذلك بقليل سيصبح كبيرًا حقًا ، بحجم مدار الأرض وربما ستبتلع الأرض.

ثانية. فقط بعد هذا هل تفقد الشمس حوالي نصف كتلتها ويتعرض الباقي على شكل a صغير، حار، نجم قزم أبيض، حول نفس الحجم مثل الأرض ولكن نصف كتلة الشمس. سيكون لها كثافة تبلغ حوالي مليون مرة من كثافة الماء ، ويتم تثبيتها بضغط لا ينشأ إلا بسبب الطبيعة الميكانيكية الكمومية للإلكترونات الموجودة بداخلها.

الشمس ليست قزمًا أبيض حاليًا. إنه نجم قزم من النوع G ، مدعوم بضغط غاز "عادي" وسيظل مستقرًا بشكل معقول ، على الرغم من أنه سيصبح أكثر إضاءة بنسبة 50٪ خلال الخمسة مليارات سنة القادمة أو نحو ذلك.


الشمس بيضاء ، بمعنى أنه يمكنك حمل ورقة بيضاء عليها ولا ترى أي لون ، هذا ما تكيفت أعيننا معه. وهو قزم ، بمعنى أنه نجم متسلسل رئيسي ، وكل هذه النجوم تسمى الأقزام. لكنه بالتأكيد ليس قزمًا أبيض ، إنه أصغر بكثير (حجم الأرض) ونجم أقدم بكثير. الأسماء ليست دائما واضحة جدا!


هناك القليل من الالتباس في التسمية هنا. هذا مهم للغاية: لقد تم تطوير التسمية الخاصة بتسمية الأجسام الكبيرة في الفضاء قبل أن يعرف العلماء أي شيء عن الاندماج. تدمج النجوم في التسلسل الرئيسي الهيدروجين لتكوين الهيليوم. باستثناء النجوم الضخمة للغاية ، فإن كل نجم في التسلسل الرئيسي هو ما يسمى بالنجم القزم. تسمى هذه النجوم المتسلسلة الرئيسية بالأقزام لأنها ليست قريبة من حجم النجوم العملاقة في أي مكان.

تقع شمسنا في التسلسل الرئيسي (أي أنها تدمج الهيدروجين في الهيليوم) وستظل كذلك لمدة خمسة إلى سبعة مليارات سنة أخرى. تترك الأجسام ذات الحجم النجمي التسلسل الرئيسي عندما تستهلك كل الهيدروجين المتاح. ستبدأ النجوم غير الصغيرة جدًا في النهاية في دمج الهيليوم بعد أن تترك التسلسل الرئيسي.

على الرغم من الكلمة الشائعة "قزم" ، فإن الأقزام البيضاء تشكل فئة من الأشياء تختلف بشكل كبير عن النجوم القزمة. الأقزام البيضاء هي كائنات لم تترك التسلسل الرئيسي فحسب ، بل قامت أيضًا بدمج كل رواسب أخيرة من المواد القابلة للانصهار المتاحة لها. هذا بالضرورة يجعل الأقزام البيضاء مضغوطة جدًا ، ومؤقتًا ، شديدة الحرارة. لاحظ جيدًا: تعني كلمة "مؤقتًا" بالنسبة إلى عالم الفلك أو الفيزيائي الفلكي شيئًا مختلفًا تمامًا عما يعنيه بالنسبة للآخرين. مرة أخرى ، تم تطوير التسمية منذ أكثر من مائة عام ، قبل ظهور الاندماج النووي بوقت طويل.

قد يكون من الجيد أن يتوصل الاتحاد الفلكي الدولي إلى تعريف عملي لما يشكل "نجمًا". ومع ذلك ، أظن أنهم قد امتلأوا بمصطلحات التسمية نظرًا للجدل الهائل حول تعريفهم لما يمكن اعتباره "كوكبًا".


العيش بالقرب من القزم الأبيض

في الآونة الأخيرة ، تم اكتشاف أول كوكب يدور حول قزم أبيض و mdashthe الأخير اسمه WD 1856 + 534 & mdashwas من خلال عبوره أمام النجم الصغير مرة واحدة كل 1.4 يوم. من اللافت للنظر أن هذا الكوكب العملاق WD 1856b أكبر بسبع مرات من البقايا النجمية التي يمر بها. على الأرجح ، هناك كواكب صخرية بحجم الأرض على مسافات مماثلة من الأقزام البيضاء الأخرى و mdashin ، وفي هذه الحالة سيكون لديهم درجة حرارة سطح مماثلة لتلك الخاصة بالأرض. هذا يضربنا بالقرب من المنزل.

في غضون مليار عام ، ستضيء الشمس بدرجة تكفي لغليان المحيطات على الأرض من خلال تأثير الاحتباس الحراري الجامح. من أجل البقاء ، سيتعين على حضارتنا الهجرة إلى الخارج في النظام الشمسي. بعد سبعة مليارات سنة ، سوف يتقلص لب الشمس إلى ما تبقى منها ، قزم أبيض ، يحمل حوالي نصف الكتلة الشمسية مع فقد الباقي.

القزم الأبيض عبارة عن كرة بلورية معدنية كثيفة وساخنة ، تقريبًا بحجم نصف قطر الأرض و mdash1.4 في حالة WD 1856 + 534 & mdasht التي تبرد ببطء لأنها لم تعد تحتوي على محرك نووي مركزي. هناك 10 مليارات من الأقزام البيضاء في مجرة ​​درب التبانة لأن العديد من النجوم الشبيهة بالشمس قد مرت بالفعل بعملية الموت. هذا نتيجة مصادفة بين العمر الافتراضي للنجوم الشبيهة بالشمس والعمر الحالي للكون.

بعد بضعة مليارات من السنين ، تبرد قزم أبيض إلى درجة حرارة سطح مماثلة لدرجة حرارة الشمس الحالية. على وجه الخصوص ، قدر أن WD 1856 + 534 يبلغ عمره 6 مليارات سنة ودرجة حرارة سطح تبلغ 4700 كلفن ، وهي أقل إلى حد ما من القيمة الشمسية الحالية البالغة 5800 كلفن. الكوكب المكتشف حديثًا أقرب بمقدار 50 مرة من WD 1856 + 534 من مسافة الأرض و rsquos من الشمس.

نظرًا لأن هذا القزم الأبيض أصغر حجمًا بـ 76 مرة من الشمس ، فإن المراقب الموجود داخل مدار الكوكب المكتشف حديثًا ، عند حوالي 1٪ من المسافة الفاصلة بين الأرض والشمس ، سيشهد إضاءة مماثلة لتلك الموجودة على الأرض ، باستخدام WD 1856 + 534 تحتل تقريبًا نفس زاوية الشمس في سمائنا. في مثل هذه المنطقة الصالحة للسكن و rdquo حول أي قزم أبيض ، اقترح إريك أغول بجامعة واشنطن في ورقة عام 2011 ، أن الماء السائل يمكن أن يتواجد على سطح كوكب صخري ، مما يتيح كيمياء الحياة كما نعرفها. نظرًا لقصر الوقت المداري ، سيكون سكان عالم صالح للسكن حول WD 1856 + 534 مشغولين بالاحتفال بعيد ميلادهم مرة واحدة كل 33 ساعة وطول عام على هذا الكوكب.

بالنظر إلى أن مساحة السطح المضيء للقزم الأبيض أصغر بـ 10000 مرة من مساحة الشمس ، فإن ميزات الامتصاص من كوكب وجو rsquos أثناء عبور قزم أبيض يمكن اكتشافها بسهولة أكبر بكثير من النجوم الشبيهة بالشمس. خلال عبور كامل ، والذي قد يستمر لبضع دقائق ، فإن كوكب بحجم الأرض من شأنه أن يحجب القزم الأبيض بأكمله. نظرًا لقرب الكوكب من النجم ، فإن معدل تكرار العبور أكبر بمئات المرات مقارنة بالمنطقة الصالحة للسكن لنجم شبيه بالشمس. كما جادلت في بحثي عام 2013 مع دان ماعوز من جامعة تل أبيب ، فإن هذه الظروف توفر أفضل فرصة لاكتشاف البصمات الحيوية في أجواء الكواكب الخارجية ، بروح اكتشاف الفوسفين في سطح السحب لكوكبنا المجاور ، كوكب الزهرة. تم تنقيح حساباتنا في ورقة بحثية حديثة أجرتها ليزا كالتينيجر من جامعة كورنيل والمتعاونين معها. إذا كان الكوكب يستضيف حضارة تكنولوجية ، فيمكن للمرء أيضًا البحث عن علامات التلوث الصناعي في غلافه الجوي ، كما هو موضح في دراسة المتابعة التي أجريتها مع Henry Lin و Gonzalo Gonzalez-Abad في هارفارد في عام 2014.

الكوكب الصالح للسكن قريب سيكون مغلقًا تدريجيًا و mdash يعرض نفس الوجه للقزم الأبيض ، بجانب النهار والليل بشكل دائم. كما اتضح ، فإن مسافة السكن تكون قريبة بشكل خطير من المنطقة التي سيتدمر فيها الكوكب بفعل قوة المد الجاذبية من القزم الأبيض. نظرًا لأن المنطقة الصالحة للسكن ليست بعيدة جدًا عن مسافة اضطراب المد والجزر ، يمكن أن يؤدي المد والجزر إلى انتفاخ كبير في أي محيط أو غلاف جوي على سطح الكوكب و rsquos.

ما هي الآثار المترتبة على مستقبلنا على المدى الطويل؟ عندما تتطور الشمس إلى قزم أبيض ، يمكن أن يهدف أحفادنا إلى ملء المنطقة الصالحة للسكن بالقرب من بقاياها. بالنسبة لعلم الفلك ، فإن الكوكب المنغلق تدريجيًا سيوفر ميزة وجود ليالي دائمة حيث يمكن وضع التلسكوبات لمراقبة السماء المظلمة بدون توقف. بالنسبة للاقتصاد ، سيوفر سطح القزم الأبيض كفاءة المفاعلات النووية دون إنتاج نفايات مشعة. عن طريق إخماد القمامة على سطح القزم الأبيض ، يمكن للمرء أن يحصد طاقة ربط الجاذبية من الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث عند إنتاج الوقود النووي تقريبًا.

بالنظر إلى هذا المنظور ، قد يكون هناك بالفعل نظائر لحضارتنا التي أدركت فوائد العيش حول الأقزام البيضاء. يمكننا العثور عليها من خلال البحث عن البصمات الطيفية للقمامة التي ترطبها على سطح القزم الأبيض ، أو من خلال البحث عن تلوث مركبات الكربون الكلورية فلورية (CFC) لكوكبهم وجو rsquos من مكيفات الهواء الخاصة بهم. من بين جميع الحضارات الصناعية ، سيكون من الأسهل اكتشاف التأثير البيئي للذكاء المعتدل والأشخاص الذين ليسوا ودودين في موطنهم. المشكلة الوحيدة هي أن هذه الحضارات قد تدمر نفسها بسرعة نسبية وبالتالي تكون أقل وفرة.

عن المؤلفين)

آفي لوب الرئيس السابق (2011-2020) لقسم علم الفلك في جامعة هارفارد ، والمدير المؤسس لمبادرة هارفارد بلاك هول ومدير معهد النظرية والحساب في مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية. كما يرأس مجلس الفيزياء والفلك في الأكاديميات الوطنية والمجلس الاستشاري لمشروع Breakthrough Starshot ، وهو عضو في مجلس مستشاري الرئيس للعلوم والتكنولوجيا. لوب هو مؤلف كتاب خارج كوكب الأرض: أول علامة على الحياة الذكية خارج الأرض (هوتون ميفلين هاركورت).


آلاف النجوم ، بما في ذلك شمسنا ، متجهة إلى أن تتحول إلى بلورات

مفهوم الفنان & # 8217s لنجم متطور & # 8211 يسمى الأبيض قزم & # 8211 في عملية التصلب إلى بلورة. الصورة عبر جامعة وارويك / مارك جارليك.

قال علماء الفلك في جامعة وارويك هذا الأسبوع إن لديهم الآن أول دليل مباشر على أن النجوم القزمة البيضاء & # 8211 نجوم في مرحلة متقدمة من تطورها & # 8211 في نهاية المطاف تصلب في بلورات. كانت هذه الفكرة موجودة منذ عقود ، لكن الملاحظات الجديدة تدعمها الآن. يقول علماء الفلك الذين أجروا هذه الدراسة أن سمائنا يجب أن تمتلئ بهذه الأقزام البيضاء الكريستالية. ويشيرون أيضًا إلى أن & # 8211 بعد فترة طويلة من تضخمها كعملاق أحمر وابتلاعها الأرض & # 8211 مقدر لشمسنا أن تصبح قزمًا أبيض بلوريًا أيضًا ، بعد مليارات السنين من الآن.

نُشرت الدراسة الجديدة & # 8211 بقيادة Pier-Emmanuel Tremblay & # 8211 في 9 يناير 2019 ، في المجلة التي راجعها الزملاء طبيعة.

تشير النماذج الحالية لمجرتنا الرئيسية ، درب التبانة ، إلى أن مجرتنا وحدها تحتوي حاليًا على حوالي 10 مليارات من الأقزام البيضاء. إنها البقايا الساخنة والكثيفة للنجوم الميتة منذ زمن طويل ، وهي أساسًا نوى نجمية ، تُركت وراءها بعد أن استنفد نجم إمدادات الوقود الخاصة به وأطلق الجزء الأكبر من الغاز والغبار في الفضاء.

تمثل هذه الأشياء الغريبة المرحلة النهائية من التطور لمعظم النجوم في الكون ، بما في ذلك شمسنا.

وفقًا للدراسة الجديدة ، من المحتمل أن تكون أقدم الأقزام البيضاء ، والتي كانت تقريبًا في عمر مجرة ​​درب التبانة نفسها ، شبه بلورية بالكامل بالفعل.

اختار علماء الفلك 15000 قزم أبيض مرشحًا خلال حوالي 300 سنة ضوئية من الأرض من الملاحظات التي أجراها القمر الصناعي Gaia التابع لوكالة الفضاء الأوروبية. ثم قاموا بتحليل بيانات Gaia & # 8217s حول لمعان النجوم وألوانها. أظهر التحليل أن الأقزام البيضاء لديها نواة من الأكسجين الصلب والكربون. يقول علماء الفلك إن هذا يرجع إلى انتقال طور خلال دورة حياتهم يشبه تحول الماء إلى جليد ولكن عند درجات حرارة أعلى بكثير.

أظهر العمل أن هذه الأقزام البيضاء من المحتمل أن تكون أقدم مما كان يعتقد سابقًا. أوضح علماء الفلك & # 8217 بيان:

لقد حددوا تراكمًا ، وهو زيادة في عدد النجوم بألوان محددة ولمعان لا يتوافق مع أي كتلة أو عمر واحد. عند مقارنتها بالنماذج التطورية للنجوم ، يتزامن التراكم بقوة مع المرحلة في تطورها والتي يُتوقع فيها إطلاق الحرارة الكامنة بكميات كبيرة ، مما يؤدي إلى تباطؤ عملية التبريد. تشير التقديرات إلى أنه في بعض الحالات ، أبطأت هذه النجوم شيخوخةها بما يصل إلى ملياري سنة ، أو 15 في المائة من عمر مجرتنا.

قال بيير إيمانويل ترمبلاي:

هذا هو أول دليل مباشر على أن الأقزام البيضاء تتبلور ، أو تنتقل من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة. كان من المتوقع منذ 50 عامًا أن نلاحظ تراكمًا في عدد الأقزام البيضاء عند بعض السطوع والألوان بسبب التبلور ، والآن فقط لوحظ هذا.

سوف تتبلور جميع الأقزام البيضاء في مرحلة ما من تطورها ، على الرغم من مرور المزيد من الأقزام البيضاء الضخمة بهذه العملية في وقت أقرب. هذا يعني أن بلايين الأقزام البيضاء في مجرتنا قد أكملت العملية بالفعل وهي في الأساس كرات بلورية في السماء.

ستصبح الشمس نفسها قزمًا بلوريًا أبيض في حوالي 10 مليارات سنة.

خلاصة القول: يمتلك علماء الفلك الآن أول دليل مباشر & # 8211 من القمر الصناعي ESA & # 8217s Gaia & # 8211 على أن النجوم القزمة البيضاء تشكل قلبًا بلوريًا.


مشكلة مزدوجة: قزم أبيض يفاجئ علماء الفلك


رسم توضيحي لتراكم القزم الأبيض
الائتمان: NASA / CXC / Texas Tech / T. رسم توضيحي Maccarone: NASA / CXC / M. وايس

اكتشف علماء الفلك انفجارًا ساطعًا للأشعة السينية من نجم في سحابة ماجلان الصغيرة ، وهي مجرة ​​قريبة تبعد حوالي 200 ألف سنة ضوئية عن الأرض. تشير مجموعة من بيانات الأشعة السينية والبيانات الضوئية إلى أن مصدر هذا الإشعاع هو نجم قزم أبيض قد يكون أسرع قزم أبيض نموًا تم رصده على الإطلاق.

في غضون عدة مليارات من السنين ، سوف تنفد شمسنا من معظم وقودها النووي وتتقلص إلى نجم "قزم أبيض" أصغر بكثير وأخف حجمًا يقارب حجم الأرض. لأن كتلة تعادل كتلة الشمس معبأة في مثل هذا الحجم الصغير ، فإن الجاذبية على سطح قزم أبيض تعادل مئات الآلاف من الجاذبية الأرضية.

على عكس شمسنا ، فإن معظم النجوم بما في ذلك الأقزام البيضاء ، لا توجد بمعزل عن غيرها ، بل هي جزء من أزواج تسمى "الأنظمة الثنائية". إذا كانت النجوم قريبة بما فيه الكفاية ، فإن جاذبية القزم الأبيض يمكن أن تسحب المادة بعيدًا عن رفيقها.

أفادت دراسة جديدة تستند إلى ملاحظات مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا ومرصد نيل جيريلز السريع عن اكتشاف انبعاث أشعة سينية مميز من نظام ثنائي يحتوي على قزم أبيض يسمى ASASSN-16oh. يتضمن الاكتشاف الكشف عن الطاقة المنخفضة - ما يشير إليه علماء الفلك بـ "اللينة" - الأشعة السينية ، التي ينتجها الغاز عند درجات حرارة تصل إلى مئات الآلاف من درجات الحرارة. في المقابل ، تكشف الأشعة السينية ذات الطاقة العالية عن ظواهر في درجات حرارة تصل إلى عشرات الملايين من الدرجات. انبعاث الأشعة السينية من ASASSN-16oh أكثر سطوعًا من الأشعة السينية اللينة التي تنتجها أجواء النجوم العادية ، مما يضعها في فئة خاصة لمصدر الأشعة السينية فائق النعومة.

لسنوات ، اعتقد علماء الفلك أن انبعاث الأشعة السينية الفائق النعومة من النجوم القزمة البيضاء ينتج عن الاندماج النووي في طبقة كثيفة من الهيدروجين والهيليوم. تراكمت هذه المادة المتطايرة من انصهار المادة من النجم المرافق إلى سطح القزم الأبيض ، وأدت إلى انفجار اندماجي نووي يشبه إلى حد كبير قنبلة هيدروجينية.

ومع ذلك ، يظهر ASASSN-16oh أن هناك المزيد من القصة. تم اكتشاف هذا الثنائي لأول مرة من خلال المسح الآلي لـ All-Sky لـ Supernovae (ASASSN) ، وهو مجموعة من حوالي 20 تلسكوبًا بصريًا موزعة حول العالم لمسح السماء بأكملها تلقائيًا كل ليلة بحثًا عن المستعرات الأعظمية والأحداث العابرة الأخرى. استخدم علماء الفلك بعد ذلك كل من Chandra و Swift للكشف عن انبعاث الأشعة السينية فائقة النعومة.

قال المؤلف الرئيسي توم ماكاروني ، الأستاذ في قسم الفيزياء وعلم الفلك في تكساس الذي قاد الورقة الجديدة التي ظهرت في ديسمبر: "في الماضي ، ارتبطت جميع المصادر فائقة اللين بالاندماج النووي على سطح الأقزام البيضاء". العدد الثالث من مجلة Nature Astronomy.

إذا كان الاندماج النووي هو سبب الأشعة السينية فائقة النعومة من ASASSN-16oh ، فيجب أن يبدأ بانفجار ويجب أن يأتي الانبعاث من السطح الكامل للقزم الأبيض. ومع ذلك ، لا يزداد الضوء البصري بسرعة كافية لينتج عن انفجار وتظهر بيانات شاندرا أن الانبعاث قادم من منطقة أصغر من سطح القزم الأبيض. المصدر أيضًا أكثر خفوتًا في الضوء البصري بمئة مرة من الأقزام البيضاء المعروفة بأنها تخضع للانصهار على سطحها. توفر هذه الملاحظات ، بالإضافة إلى عدم وجود دليل على تدفق الغاز بعيدًا عن القزم الأبيض ، حججًا قوية ضد حدوث الاندماج على القزم الأبيض.

نظرًا لعدم وجود أي من علامات الاندماج النووي ، يقدم المؤلفون سيناريو مختلفًا. كما هو الحال مع تفسير الاندماج ، يسحب القزم الأبيض الغاز بعيدًا عن النجم المرافق ، العملاق الأحمر. في عملية تسمى التراكم ، يُسحب الغاز على قرص كبير يحيط بالقزم الأبيض ويصبح أكثر سخونة أثناء دورانه نحو القزم الأبيض ، كما هو موضح في الرسم التوضيحي. ثم يسقط الغاز على القزم الأبيض ، مما ينتج عنه أشعة سينية على طول الحزام حيث يلتقي القرص بالنجم. يختلف معدل تدفق المادة عبر القرص بمقدار كبير. عندما تبدأ المادة في التدفق بسرعة أكبر ، يصبح سطوع الأشعة السينية للنظام أعلى بكثير.

وأضاف ماكاروني: "يحدث نقل الكتلة بمعدل أعلى من أي نظام اكتشفناه في الماضي".

إذا استمر القزم الأبيض في اكتساب الكتلة ، فقد يصل إلى حد الكتلة ويدمر نفسه في انفجار مستعر أعظم من النوع Ia ، وهو نوع من الأحداث المستخدمة لاكتشاف أن تمدد الكون يتسارع. يشير تحليل الفريق إلى أن القزم الأبيض ضخم بالفعل بشكل غير عادي ، لذا قد يكون ASASSN-16oh قريبًا نسبيًا - من الناحية الفلكية - من الانفجار على شكل مستعر أعظم.

قال المؤلف المشارك توماس نيلسون من جامعة بيتسبيرج: "تتعارض نتيجتنا مع الإجماع المستمر منذ عقود حول كيفية إنتاج انبعاث الأشعة السينية فائقة النعومة من الأقزام البيضاء". "نحن نعلم الآن أن انبعاث الأشعة السينية يمكن أن يتم بطريقتين مختلفتين: عن طريق الاندماج النووي أو عن طريق تراكم المادة من رفيق."

شارك أيضًا في الدراسة علماء من جامعة تكساس إيه آند أمبير ، ومركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا ، وجامعة ساوثهامبتون ، وجامعة فري ستيت في جمهورية جنوب إفريقيا ، والمرصد الفلكي الجنوب أفريقي ، وجامعة ولاية ميتشيغان ، وجامعة ولاية نيوجيرسي ، مرصد جامعة وارسو وجامعة ولاية أوهايو وجامعة وارويك.

يدير مركز مارشال لرحلات الفضاء التابع لناسا في هنتسفيل ، ألاباما ، برنامج شاندرا لمديرية المهام العلمية التابعة لناسا في واشنطن. يتحكم مرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في كامبريدج ، ماساتشوستس ، في علوم تشاندرا وعمليات الطيران.


ستتحول شمسنا إلى بلورة قبل أن تموت

تاريخ النشر 15/1/2019 م الساعة 7:19 ص

عندما تموت الشمس ، ستتحول إلى بلور.

دراسة نشرت مؤخرا في طبيعة يوضح أنه في غضون 10 مليارات سنة ، بعد نفاد الشمس من الوقود لتحترق ، سيصبح لبها نجمًا قزمًا أبيض يتكون من الكريستال - الأكسجين المعدني والكربون.

والشمس لن تكون وحيدة. ما يقرب من 97٪ من النجوم في سمائنا ستتحول أيضًا إلى بلورات عندما تموت. هذا يجعل كوننا ثمينًا حقًا ، كل ذلك بفضل عملية التبريد الخاصة داخل كل نجم والتي تحولها إلى بلورات في درجات حرارة عالية ، على غرار كيفية تحول الماء إلى جليد هنا على الأرض.

كتب المؤلف الرئيسي بيير إيمانويل تريمبلاي من جامعة Warwick في المملكة المتحدة في رسالة بريد إلكتروني إلى Seeker.

يحب علماء الفلك الأقزام البيضاء بالفعل ، ليس فقط بسبب تصميماتهم الداخلية الثمينة ، ولكن لأنهم من أقدم الأشياء في الكون. تتطور الأقزام البيضاء في نمط يمكن التنبؤ به ، مما يسمح للعلماء باستخدام هذه النجوم كنوع من "الساعة الكونية" لتقدير عمر النجوم القريبة.

رسم توضيحي لنجم قزم أبيض في طور التصلب إلى بلور. | جامعة وارويك / مارك جارليك

توصل الفريق إلى اكتشافهم الخاص بعد النظر إلى 15000 مرشح من الأقزام البيضاء باستخدام القمر الصناعي Gaia التابع لوكالة الفضاء الأوروبية ، والذي يتتبع بدقة أعمار النجوم وأنواعها ومواقعها.

اكتشف جايا وفرة من النجوم التي لا يمكن تصنيفها حسب العمر أو الكتلة ، وهو ما يحب علماء الفلك القيام به لتصنيف الأجسام النجمية. أظهر نظرة فاحصة أن هذه النجوم الغريبة تبرد ببطء أكثر من المتوقع ، لأن الحرارة تنطلق إلى حد كبير.

وبعبارة أخرى ، فإن النجوم تتقدم في العمر بشكل أبطأ ، وكل ذلك بسبب نمو البلورات. قد تظل بعض النجوم شبيهة ببيتر بان لمدة ملياري عام - جزء جيد من تاريخ كوننا البالغ 13.7 مليار عام حتى الآن.

وضع علماء الفلك نظريات حول هذه العملية لعقود ، ولكن هذه هي المرة الأولى التي تلتقط فيها مركبة فضائية دليلًا مباشرًا على تباطؤ الشيخوخة مع تصلب الأقزام البيضاء في بلورات. ولكن لا يزال هناك المزيد من العمل الذي يتعين القيام به.

قال تريمبلاي إنه وفريقه البحثي بحاجة إلى تعزيز نماذج فيزياء البلازما والفيزياء النووية لشرح كيفية حدوث التحول بشكل أفضل.

وقال: "سيساعدنا هذا في التعرف على التركيب الداخلي الفعلي للأقزام البيضاء - جزء الكربون والأكسجين - ومعدلات التفاعل النووي ، والتي يجب أن تعطينا أعمارًا أكثر دقة ورؤية ثاقبة حول التطور النجمي". "يمكن تحقيق بعض هذه التطورات مع الأقزام البيضاء النابضة ، والتي هي أيضًا في طور التبلور."

في حين أن المرحلة البلورية للأقزام البيضاء رائعة ، إلا أنها لن تبقى على هذا النحو إلى الأبد. في النهاية ، سيستمر القزم الأبيض في البرودة ويفقد ما تبقى من آثاره من الغلاف الجوي. قال تريمبلاي إن المصير النهائي سيكون "قزمًا أسود صلبًا تمامًا" ، والذي سيطفو غير مضاء لألف عام على الأقل حتى يتفكك القزم - أو حتى يؤدي توسع الفضاء نفسه إلى تمزيقه.


صورة اليوم لعلم الفلك

اكتشف الكون! تُعرض كل يوم صورة أو صورة مختلفة لكوننا الرائع ، جنبًا إلى جنب مع شرح موجز مكتوب بواسطة عالم فلك محترف.

2015 مايو 17
NGC 2440: لؤلؤة قزم أبيض جديد
حقوق الصورة: H. Bond (STScI)، R. Ciardullo (PSU)، WFPC2، HST، NASA معالجة: فورست هاميلتون

تفسير: مثل اللؤلؤة ، يتألق النجم القزم الأبيض بشكل أفضل بعد تحريره من قوقعته. ومع ذلك ، في هذا التشبيه ، ستكون الشمس رخويًا وسيتألق بدنها المهمل على الإطلاق! في غلاف الغاز والغبار أعلاه ، يحتوي السديم الكوكبي المصنف NGC 2440 على أحد أكثر النجوم القزمة البيضاء شهرةً. يمكن رؤية اللؤلؤة النجمية المتوهجة كنقطة مضيئة بالقرب من مركز الصورة. الجزء الموضح من NGC 2440 يمتد حوالي سنة ضوئية. سيصبح مركز شمسنا في النهاية قزمًا أبيض ، ولكن ليس لمدة خمسة مليارات سنة أخرى. تم التقاط هذه الصورة الملونة الزائفة أعلاه بواسطة تلسكوب هابل الفضائي في عام 1995. تقع NGC 2440 على بعد حوالي 4000 سنة ضوئية باتجاه الكوكبة الجنوبية Puppis.


تأخر تشكيل قرص الحطام الخاص بـ White Dwarf Stars

يُظهر مفهوم هذا الفنان قرص حطام أبيض قزم.

الأقزام البيضاء ، النوى المتوهجة للنجوم الميتة ، غالبًا ما تستضيف أقراصًا من الحطام المترب.

ومع ذلك ، تظهر أقراص الحطام هذه فقط بعد 10-20 مليون سنة بعد مرحلة النجم الأحمر العملاق العنيف. ورقة جديدة من قبل عالم أبحاث معهد علوم الكواكب جوردان ستيكلوف تكشف سبب هذا التأخير.

"عندما ينفد الوقود النووي لنجم مشابه في كتلته للشمس ، فإنه يتمدد أولاً إلى الخارج إلى العملاق الأحمر. في نهاية حياة شمسنا ، سوف يتوسع إلى عملاق أحمر يغلف ويدمر الكواكب الداخلية: عطارد ، كوكب الزهرة ، وربما الأرض. خلال هذه المرحلة ، تفقد النجوم العملاقة الحمراء أيضًا جزءًا كبيرًا من كتلتها ، قبل أن تنهار في النهاية لتصبح قزمًا أبيض - كرة بحجم الأرض من الكربون والأكسجين مع نصف كتلة الشمس. يؤدي هذا إلى زعزعة استقرار مدارات أي كواكب متبقية ، والتي يمكن بدورها أن تنثر الكويكبات ، وتدفع بعضها نحو القزم الأبيض المضيف ". قال Steckloff ، المؤلف الرئيسي لكتاب "How Sublimation يؤخر بداية تشكيل قرص الحطام المتربة حول النجوم القزمة البيضاء" (https://doi.org/10.3847/2041-8213/abfd39) الذي يظهر في مجلة Astrophysical Journal Letters. إليزابيث آر آدامز ، كبيرة العلماء في PSI ، مؤلفة مشاركة.

تتشكل أقراص الحطام عندما تقترب أجسام الكواكب مثل هذه الكويكبات كثيرًا من نجمها المضيف - القزم الأبيض - الذي يمكن لقوى المد والجزر أن تسحقها إلى غبار. لذلك ، من المتوقع أن تشكل الأقزام البيضاء الحارة الصغيرة ، التي تستضيف أنظمة كوكبية غير مستقرة ، بسرعة أقراص حطام مغبرة. ومع ذلك ، تظهر الملاحظات أن أقراص الحطام المتربة تتشكل فقط بعد تأخير طويل.

"لقد وجدنا أن هذا التأخير ناتج عن سخونة هذه الأقزام البيضاء الشابة للغاية. وهي شديدة الحرارة لدرجة أن أي غبار يتشكل من كويكب معطوب مدًا يتبخر بسرعة ويتبدد. وجدنا أن هذا الغبار لا يتوقف عن التبخر إلا بعد مرور الوقت للقزم الأبيض لتبريد بدرجة كافية ، إلى درجة حرارة سطح تبلغ حوالي 27000 درجة كلفن (48000 درجة فهرنهايت). تتوافق درجة الحرارة هذه مع ملاحظات أنظمة القزم البيضاء هذه ، حيث توجد جميع أقراص الحطام المتربة حول الأقزام البيضاء أكثر برودة من درجة الحرارة الحرجة هذه "، قال ستيكلوف.

وقال ستيكلوف: "سيتبع نظامنا الشمسي هذا المصير في غضون بضعة مليارات من السنين ، عندما تنفد الشمس من الوقود ، وتتوسع إلى عملاق أحمر ثم تنهار في النهاية إلى قزم أبيض". سيتم تدمير معظم الكواكب الداخلية ، وسوف يهاجر المشتري إلى الخارج ، مما يؤدي إلى زعزعة استقرار مدارات الكويكبات في حزام الكويكبات لدينا. قد ينتهي الأمر ببعض هذه الكويكبات بالمرور بالقرب من الشمس ، حيث قد تتكسر المد والجزر النجمية لتشكيل أقراص حطام مغبرة. بعبارة أخرى ، قد ننظر إلى لمحة عن نظامنا المنزلي في المستقبل البعيد ".

تم تمويل عمل Steckloff من خلال منحة إلى PSI من برنامج NASA Second Exoplanet Research التابع لناسا.


الوسم: قزم أبيض

تعد مخططات HR بالفعل واحدة من أقوى الرسوم البيانية وأكثرها أهمية في جميع علم الفلك.

البشر مجهزون وراثيًا للبحث عن الأنماط ، وهذا بالضبط ما فعله عالم الفلك الدنماركي إجنار هيرتزبرونج وعالم الفلك الأمريكي هنري نوريس راسل بين عامي 1911 و 1914: لاحظ هيرتزسبرونج أن نمطًا منتظمًا يظهر عندما يتم رسم الحجم المطلق للنجوم مقابل ألوانها. (وهو أيضًا مقياس لدرجة حرارة سطحها). بعد ذلك بعامين ، فعل راسل الشيء نفسه ، مستخدمًا أنواعًا طيفية بدلاً من الألوان. أدت نتائجهم المجمعة إلى ولادة رسم بياني لا يزال بحاجة إلى تحسين مع ملاحظات أكثر دقة:

في هذا الرسم البياني ، تمثل كل نقطة نجمًا تم تحديد لمعانه ونوعه الطيفي. تقع أكثر النجوم سطوعًا بالقرب من أعلى المخطط ، بينما توجد النجوم الأقل سطوعًا بالقرب من الجزء السفلي. لذا ، فإن المفهوم الرئيسي هنا هو أنه من خلال معرفة الحجم المطلق (أو أيضًا لمعان اللمعان الشمسي) والنوع الطيفي للنجم ، يمكننا تحديد درجة حرارة سطحه وكتلته وحتى نصف قطره. في الواقع ، لا تظهر النقاط الموجودة في الرسم البياني مبعثرة عشوائيًا ، ولكنها مجمعة في مناطق قليلة مميزة ، بشكل ملحوظ أكثر بعد مرور الوقت ، وقد سمحت التقنيات الجديدة بتحسين هذا المخطط وتحسينه ، كما نوضح أدناه:

يمكنك أن ترى أنه من خلال تقاطع الخطوط المرسومة بواسطة لمعان Sun & # 8217s (1 L☉) والنوع الطيفي للشمس (G2V) ، المقاس من الأرض ، يمكننا تقييم موقع نجمنا & # 8217s في الرسم التخطيطي وبالتالي الحصول على درجة حرارة سطحه (5800 كلفن). ليس هذا فقط ، لأن التحليل الطيفي يعطينا قدرًا كبيرًا من المعلومات حول النجم المرصود (النوع الطيفي ، فئة اللمعان ، درجة الحرارة والتركيب الكيميائي لغلافه الخارجي) ، يمكننا الحصول على نصف قطر النجم # 8217s (وبالتالي ، كتلته). بجمع كل هذه المعلومات معًا ، يمكننا تحديد الحجم المطلق للنجم وبالتالي بعده (اختلاف المنظر الطيفي).

يمكننا إلقاء نظرة عامة على تصنيفات التصنيف الطيفي في الجدول التالي:

فئة النجوم الطيفية: obafgkm

(مذكرة: Oh Be A Fine Girl / Guy، Kiss Me)

دع & # 8217s نفحص إجراءً نموذجيًا كمخطط انسيابي يؤدي إلى مسافة نجم & # 8217s ونصف قطر بفضل مخطط H-R:

اضغط على الصورة لتكبيرها

مثال عملي

لنجعل مثالاً رائعًا مع أحد النجوم في مجموعة Pleiades Open Cluster الجميلة: Maia (20 Tau) ، عملاق أزرق في كوكبة برج الثور:

مايا (20 تاو)

الصعود الأيمن 03 س 45 م 49.6067 ث
الانحراف: 24 ° 22 ′ 03.895 ″
الحجم الظاهر: م = 3.85

بتحليل نوعه الطيفي ، وهو B8III (Blue Giant) وفئة لمعانه ، نجد مع مخطط HR أن درجة حرارة سطحه هي 10611 K وبقياس تدفقه نحسب لمعانه الإجمالي: 539.8 لمعان شمسي.

من اللمعان نجد القدر المطلق:

وقد قمنا بالفعل بقياس حجمها الظاهري:

من خلال الصيغة الموجودة هنا ، يمكننا حساب المسافة في الفرسخ ، ثم تحويلها إلى سنوات ضوئية:

10 (3.85+1.5+5) × 0.2 = 117.5 كمبيوتر × 3.26 = 383 لاي.

يمكننا الآن حساب نصف قطرها بالصيغة الموجودة هنا:

47.65 × 10 8 . = 6.8 مرات أكبر من شمسنا.
7 × 10 8

ماذا عن كتلته؟

من مخطط HR ، قمنا بتقييم أن Maia هو نجم تسلسل رئيسي وله لمعان L = 539.8 L. لقد حسبنا أيضًا أن Maia تساوي 6.8 م. من أجل حساب كتلته ، نستخدم صيغة بسيطة للغاية:

إذن ، بإعادة ترتيب الصيغة الثالثة:

الآن ، L / L = 539.8 ، لذلك يمكننا أن نكتب:

في اللغة الإنجليزية البسيطة ، تبلغ كتلة Maia حوالي 5 كتل شمسية.

كثافة MAIA

المفاجآت لم تنته بعد. إذا أردنا حساب كثافة Maia & # 8217s ρ = الكتلة / الحجم:

V = 4/3 × π × R 3 = 4/3 × π × (4.76 × 10 9 م) 3 = 4.5 × 10 29 م 3

& # 961 & # 160 = & # 160 10 31 4. 5 & ​​# 215 10 29 = & # 160 22. 22 & # 160 & # 160 كجم / م 3 & # 160 = & # 160 0. 022 # 160 جم ​​/ سم 3

رائع! مايا لديها فقط 1.57% من كثافة شمسنا!

من خلال مراقبة مخطط HR ، نلاحظ شيئًا مثيرًا للاهتمام: يوجد خط قطري (أعلى اليسار - أسفل اليمين) حيث تقع العديد من النجوم. يتم وضع شمسنا أيضًا داخل هذا الخط القطري ، حيث تتقاطع درجة حرارته (أو نوعه الطيفي) مع لمعانه (والحجم المطلق). يمثل هذا الخط المائل أهمية قصوى التسلسل الرئيسي، بعبارة أخرى ، جميع النجوم الناضجة وفي طور تحويل الهيدروجين إلى هيليوم (سلسلة البروتون-البروتون). بعد ذلك ، نرى مجموعات أخرى من النجوم في الرسم التخطيطي: واحد في أسفل اليسار (أقزام بيضاء) والآخر في أعلى اليمين (عمالقة حمراء وعملاقون عملاقون). كما سنرى ، يغطي الرسم البياني جميع مراحل تطور النجوم. عندما يغادر النجم التسلسل الرئيسي (عندما يستنفد & # 8220 الوقود & # 8221) ، يبدأ عندئذٍ عملية ستقوده إلى مرحلة عملاقة وتنهي حياته مرة أخرى إلى القسم القزم (كتلة ضخمة ، أجسام ساخنة جدًا) أو الثقوب السوداء ، اعتمادًا على كتلتها الأولية.

من خلال مشاهدة مخطط الموارد البشرية ، من السهل إدراك في غمضة عين أن الأقزام البيضاء ، على سبيل المثال ، ذات كثافة هائلة ودرجات حرارة عالية للغاية (اللون الأبيض) وسطوع أقل بكثير من النجوم في التسلسل الرئيسي ، يجب أن تكون بالضرورة كذلك very small (less emitting surface), whilst red giants and supergiants, having an extensive surface and being very bright, must have a relatively smaller overall density. We will cover this in the Stellar Evolution lecture.


The Sun Will Turn Into a Giant Crystal Ball After It Dies

Billions of years in the future, our dead sun will morph into a giant cosmic jewel, a new study suggests.

Like the vast majority of stars in our Milky Way galaxy, the sun will eventually collapse into a white dwarf, an exotic object about 200,000 times denser than Earth. To put that in perspective: A mere teaspoon of white-dwarf material would weigh about as much as an elephant, if you could somehow transport the stuff to our planet.

Half a century ago, theorists predicted that white dwarfs solidify into crystal over time &mdash and the new research has found that this is indeed the case. [Death of a Sunlike Star: How It Will Destroy Earth (Infographic)]

"All white dwarfs will crystallize at some point in their evolution, although more massive white dwarfs go through the process sooner," study lead author Pier-Emmanuel Tremblay, a physicist at the University of Warwick in England, said in a statement.

"This means that billions of white dwarfs in our galaxy have already completed the process and are essentially crystal spheres in the sky," Tremblay added. "The sun itself will become a crystal white dwarf in about 10 billion years."

Tremblay and his colleagues analyzed data gathered by the European Space Agency's Gaia spacecraft, which launched in December 2013 to help researchers construct the best-ever 3D map of the Milky Way. Gaia does this by precisely monitoring the positions of huge numbers of stars the mission team aims to study 1 billion stars over the spacecraft's operational lifetime.

For the new study, the researchers looked at Gaia measurements of about 15,000 white dwarfs, all of which lie within 330 light-years of the sun. These data revealed an odd "pileup" &mdash an overabundance of white dwarfs with certain colors and brightnesses that cannot be explained by the objects' ages or masses.

Modeling work suggested that the pileup was caused by crystallization of the white dwarfs' interiors, which released enough heat to slow down the white dwarfs' cooling over time.

"This is the first direct evidence that white dwarfs crystallize, or transition from liquid to solid," Tremblay said. "It was predicted 50 years ago that we should observe a pileup in the number of white dwarfs at certain luminosities and colors due to crystallization, and only now this has been observed."

White-dwarf crystallization is akin to water freezing from liquid to ice. But the material in this case is oxygen and carbon, and it's crystallizing at temperatures that aren't exactly chilly. The process really kicks into gear when a white-dwarf interior cools down to about 18 million degrees Fahrenheit (10 million degrees Celsius), the researchers said.

The result is likely a core composed of crystallized oxygen and a mantle dominated by carbon.

"Not only do we have evidence of heat release upon solidification, but considerably more energy release is needed to explain the observations," Tremblay said. "We believe this is due to the oxygen crystallizing first and then sinking to the core, a process similar to sedimentation on a riverbed on Earth. This will push the carbon upward, and that separation will release gravitational energy."

The new results suggest that many white dwarfs are considerably older than scientists had thought &mdash up to 15 percent older in some cases, study team members said. Astronomers generally age these stellar corpses by taking their temperature, and crystallization slows the cooling-off process.