قد يقود نظام غريب من فئة الأربع نجوم الطريق إلى مستعر أعظم كارثي

على بعد حوالي 460 سنة ضوئية من الأرض يقع العنقود النجمي الصغير ولكن الجميل IC 2391. إنه يحتوي على حوالي 250 نجمة فقط ، لكن أحدهم مميز … لأنه في الواقع أربع نجوم ، نظام رباعي. أظهر علماء الفلك الذين يدرسون هذا النظام الآن أن التفاعلات المعقدة بين النجوم ستؤدي إلى الحياة لهم تمامًا ، وربما – ربما – الموت تمامًا. قد لا تنفجر على أنها مستعرات أعظم ، لكنها توضح لنا أن الأمر لا يتطلب الكثير لجعل مثل هذا النظام يموت بشكل كارثي [رابط إلى ورقة].

تسمى النجوم مجتمعة HD 74438 ، ويعتقد أنها نجمة واحدة لعقود. ومع ذلك ، كان هناك شك في أن شيئًا ما يتعلق بهذا النجم لأنه أكثر إشراقًا مما كنت تتوقعه بالنسبة لنوع النجم الذي يبدو عليه. فقط في عام 2017 تم الكشف عن أنه نظام رباعي ؛ أظهرت الأطياف المأخوذة من HD 74438 وجود أربعة نجوم هناك ، زوج ثنائي من النجوم يدور حول زوج ثنائي ثانٍ – ما يسمى بالنظام الهرمي ، وهو نظام يتكون من أنظمة أصغر. يبلغ عمر الكتلة IC 2391 حوالي 40 مليون سنة فقط ، مما يجعل HD 74438 أصغر نظام رباعي طيفي معروف.

الزوجان الثنائي مختلفان. زوج واحد ، يسمى النجوم A و B ، تبلغ كتلته حوالي 1.7 و 1.5 مرة من كتلة الشمس ، مما يجعلها أكثر سطوعًا من نجمنا – مجتمعة ، تكون أكثر سطوعًا من الشمس بحوالي 14 مرة. يدور كل منهما حول الآخر في شكل بيضاوي ممدود مرة واحدة كل 21 يومًا أو نحو ذلك ، بمتوسط ​​مسافة حوالي 30 مليون كيلومتر – حوالي نصف مسافة عطارد من الشمس.

الثنائي الآخر ، النجوم C و D ، لهما نفس كتلة الشمس تقريبًا ، أو ربما شعرة أقل. إنهم في مدار أكثر إحكاما حول بعضهم البعض ، ويستغرق الأمر 4.4 أيام فقط للدوران مرة واحدة على مسافة حوالي 10 ملايين كيلومتر.

النجوم C / D تدور حول النجوم A / B كل 6 سنوات. المدار بيضاوي الشكل للغاية ، حيث يتراوح من 450 مليون إلى 1.2 مليار كيلومتر ، ويتضح أن هذا يعني هلاكهم.

النجم HD 74438 هو في الواقع أربع نجوم ، مجموعتان من النجوم الثنائية تدور حول بعضها البعض. بمرور الوقت ، سوف تزعج الجاذبية من كل ثنائي الآخر ، مما يتسبب في اندماج النجوم. في النهاية سيصبح هذا النظام ذو الأربع نجوم ثنائيًا بسيطًا. الصورة: جامعة كانتربري

ينتج نجم مثل الشمس الطاقة عن طريق دمج نوى الهيدروجين في الهيليوم في قلبه. في النهاية ينفد ذلك ، وفي عملية معقدة ، يؤدي هذا إلى انتفاخ النجم إلى عملاق أحمر ضخم ، مما يؤدي إلى إبعاد طبقاته الخارجية ، وفي النهاية تعريض قلبه شديد الانضغاط والحرارة إلى الفضاء. نسمي هذا الكائن القزم الأبيض. يمكن أن يكون لها نفس القدر من كتلة الشمس ولكن فقط بنفس حجم الأرض! وهذا يجعلها كثيفة للغاية ، حيث يبلغ وزن سنتيمتر مكعب من مادة القزم الأبيض طنًا واحدًا. ييكيس.

بالنسبة للنجوم المنفردين ، هذه إلى حد كبير نهاية القصة. يتلاشى القزم الأبيض على مدى مليارات السنين ، وهذا كل شيء.

لكن إذا كان النجم في نظام ثنائي ، يدور حول نجم لا يزال عاديًا ، يمكن أن تكون الأشياء مختلفة تمامًا. يمكنه سحب المادة من النجم الآخر الذي يتراكم على القزم الأبيض. يمكن للجاذبية الهائلة للقزم الأبيض ، أقوى بمئات الآلاف من المرات من الأرض ، أن تضغط هذه المادة بدرجة كافية بحيث تخضع للانصهار النووي الحراري ، وتنفجر مثل القنبلة.

يمكن لهذا أن يبدد كمية هائلة من الطاقة ، ويخلق ما نطلق عليه nova ، وهو أكثر سطوعًا بآلاف المرات من الشمس. ولكن إذا خضعت مادة كافية للاندماج ، يمكن أن يكون الانفجار ضخمًا للغاية بحيث يؤدي إلى تمزيق النجم بأكمله ، مما ينتج عنه مستعر أعظم ، يمكن أن يكون أكثر سطوعًا من الشمس بعشرة مليارات مرة! كا – ولا أستطيع أن أؤكد هذا بما فيه الكفاية – بوم.

يقع العنقود النجمي المفتوح IC 2391 على بعد 460 سنة ضوئية من الأرض وبه حوالي 250 نجمة ، بما في ذلك النظام الرباعي HD 74438 (السهم). الصورة: Aladin / DSS

بشكل عام ، يجب على القزم الأبيض أن يتراكم بما يكفي من المادة للحصول على حوالي 1.4 ضعف كتلة الشمس قبل أن ينفجر. تم حساب هذا لأول مرة بواسطة عالم الفلك اللامع Subrahmanyan Chandrasekhar ، لذلك نسميه حد Chandrasekhar.

وهو ما يعيدنا إلى HD 74438. في النهاية ، سينفد وقود كل من النجمين A و B ، وسيصبحان عمالقة حمراء ، ثم أقزامًا بيضاء. لن يكون أي منهما بمفرده ضخمًا بدرجة كافية لينفجر ، وبالنظر إلى مدارهما الآن ، يجب أن يكونا متباعدين بما يكفي لعدم سحب المادة من بعضها البعض.

… مدارهم الآن. درس علماء الفلك ما سيفعله هذا النظام بمرور الوقت ، وكيف سيتطور. باستخدام عمليات المحاكاة المتطورة ، وجدوا شيئًا مذهلاً: الجاذبية من الزوج الثنائي C / D سوف تندفع وتحث في مدار A / B بمرور الوقت ، مما يتسبب في اندماجهم في نجم واحد أكثر ضخامة! لقد أظهروا أنه من الممكن أيضًا أن يحدث العكس أيضًا ، سيتم دمج C و D بسبب خطورة A / B التي تزعزع استقرارهما.

V838 Monocerotis ، نجم أطلق سحابة ضخمة من الغبار ربما بعد اندماج نجمين. الصورة: روبرتو كولومباري / ناسا / فريق TheHubble HeritageTeam (AURA / STScI)

عمليات اندماج كهذه لم يسمع بها أحد ؛ نعتقد أن الكائن الرائع V838 Monocerotis عبارة عن سحابة ضخمة من الغبار والغاز تنبعث عند اندماج نجمين. في النهاية سيصبح النجم الأكثر ضخامة قزمًا أبيض. تظهر عمليات محاكاة HD 74438 أنه لا القزم الأبيض الناتج عن اندماج A / B أو اندماج C / D سيتجاوز حد Chandrasekhar. سأضيف أنه من الممكن بمرور الوقت أن يندمج القزمان الأبيضان بأنفسهما. إذا فعلوا ذلك فسوف يتجاوزون هذا الحد وينفجرون. هذا لن يحدث لوقت طويل جدا رغم ذلك.

لذا في حين أن HD 74438 قد ينتج أو لا ينتج مثل هذا المستعر الأعظم بمليارات السنين من الآن ، فإنه يظهر أن هذه طريقة أخرى يمكن أن يحدث بها مثل هذا الانفجار. نحن نعلم أن قزمًا أبيض مع رفيق عادي يمكن أن ينفجر ، أو يمكن أن يندمج وينفجر اثنان من الأقزام البيضاء في ثنائي ، والآن نعلم أن رباعيًا هرميًا يمكنه فعل ذلك أيضًا. إذا كانت النجوم في HD 74438 أكبر حجمًا إلى حد ما ، فسيتم إغلاق مصيرها مثل سوبر نوفا – أو مستعر أعظم ، إذا كان كلا الثنائيين ضخمين بدرجة كافية.

لن تكون هذه طريقة شائعة جدًا لتوليد مستعر أعظم ، لكنها تُظهر مرة أخرى أن الأقزام البيضاء التي تحد شاندراسيخار sub-Chandrasekhar يمكنها الاندماج وتجاوز الحد المسموح به ، وكذلك أن الكون لديه الكثير من المسارات لجعل النجوم تنفجر. تخلق هذه الانفجارات عناصر ثقيلة مثل الحديد والكالسيوم ، وتجعل من الممكن ظهور الحياة في الكون – أو على الأقل في حالتنا على الأرض. من الجيد معرفة أن هناك العديد من الطرق المختلفة التي يمكن أن يحدث بها مثل هذا الشيء.