دراسة جديدة عن الشمس الميتة تكتشف كيف أن الحياة على الأرض قد لا تكون موجودة بدونها

الأقزام البيضاء في عنقود نجمي. (ناسا ، ووكالة الفضاء الأوروبية ، وه. ريتشر / جامعة كولومبيا البريطانية)

كربون. قد لا تفكر في الأمر كثيرًا ، لكنك لن تكون على قيد الحياة بدونه. إنه المكون الرئيسي في المركبات العضوية الموجودة في جميع الكائنات الحية على الأرض ، ولكن من أين يأتي الكربون بالتحديد كان موضع جدل.

الآن ، وجد بحث جديد أن المصدر الأساسي للكربون في مجرة ​​درب التبانة هو النجوم القزمة البيضاء - النوى الميتة للنجوم التي كانت تشبه شمسنا كثيرًا.

من المفهوم جيدًا أن العناصر الأثقل من الهيدروجين والهيليوم تصنعها النجوم عبر الكون. يمكن أن يؤدي اندماج العناصر في قلب النجوم إلى تكوين عناصر ثقيلة مثل الحديد عبر عملية تسمى التركيب النووي النجمي ؛ حتى العناصر الأثقل يتم إنشاؤها من خلال عمليات مثلالتقاط النيوترون في المستعر الأعظم الهائل.

يتكون الكربون عبر عملية ثلاثية ألفا ، حيث تندمج ثلاث نوى هيليوم معًا لتكوين الكربون ، وهي عملية تحدث قرب نهاية عمر النجم.

لكن لم يكن واضحًا لعلماء الفلك ما إذا كانت وفرة الكربون في مجرتنا ناتجة إلى حد كبير عن قيام النجوم بحجم الشمس بتساقط جلودها أثناء انهيارها بهدوء لتصبح أقزامًا بيضاء ، أو ما إذا كانت قد انفجرت من قبل نجوم أكثر ضخامة أثناء تحولها إلى مستعر أعظم.

قام فريق من علماء الفلك بقيادة باولو ماريغو من جامعة بادوفا في إيطاليا بالبحث عن إجابات في عناقيد النجوم المفتوحة - مجموعات تصل إلى آلاف النجوم جميعها تقريبًا أو أقل من نفس العمر ، وتشكلت في نفس السحابة الجزيئية.

في خمس غيوم جزيئية ، حدد الفريق الأقزام البيضاء باستخدام الملاحظات التي حصل عليها مرصد دبليو إم كيك في هاواي في عام 2018. قدمت هذه الملاحظات أطياف النجوم - `` بصمات '' الضوء التي يمكن فك شفرتها للكشف عن معلومات حول النجم ، مثل درجة الحرارة (وبالتالي العمر) والتركيب الكيميائي والجاذبية السطحية (وبالتالي الكتلة).

من تحليل أطياف كيك المرصودة ، كان من الممكن قياس كتل الأقزام البيضاء. باستخدام نظرية التطور النجمي ، تمكنا من تتبع النجوم السلفية واشتقاق كتلها عند الولادة ، ' أوضح عالم الفيزياء الفلكية إنريكو راميريز-رويز من جامعة كاليفورنيا سانتا كروز.

من المعروف أن كتلة النجم الميت مرتبطة بكتلة سلفه. من المنطقي - كلما زاد حجم قزم أبيض ، زاد حجم النجم السلف الذي أنتجه. ومع ذلك ، فإن هذه الكتل ليست متماثلة تمامًا ، لأن النجم السلف يقذف الكثير من المواد في الفضاء. تُعرف هذه العلاقة بين كتلتَي القزم الأبيض بعلاقة الكتلة الأولية النهائية.

في الأقزام البيضاء ، يمكن حساب علاقة الكتلة إذا كان لديك طيف قزم أبيض. كنجوم ميتة ، لم تعد تندمج نوى ، وبالتالي فهي تبرد ؛ أي حرارة يحتفظ بها قزم أبيض متبقية ، وسوف تشع ببطء في الفضاء على مدى مليارات السنين. إذا عرفنا كتلته ودرجة حرارته وتركيبه الكيميائي ، فيمكننا حساب معدل هذا التبريد. وهذا بدوره يسمح لعلماء الفلك بحساب عمر القزم الأبيض - أي المدة التي انقضت منذ انهيار النواة.

هذا هو المكان الذي تظهر فيه المجموعات المفتوحة في الصورة. نظرًا لأننا نعرف عمر المجموعات ، يمكننا طرح الوقت منذ انهيار النواة من عمر العنقود لمعرفة كم كان عمر النجم عندما مات - وهذه المعلومات يمكن استخدامها لحساب الكتلة الأولية من النجم السلف.

لكن عندما طبقه الفريق على بعض أقزامهم البيضاء - على وجه التحديد ، أولئك الذين لديهم كتلة سلف أكبر من حوالي 1.5 مرة كتلة الشمس - لاحظوا شيئًا غريبًا حقًا. كانت كتل الأقزام البيضاء أعلى مما كان متوقعًا بالنسبة لجماهير أسلافها ، وهو ما يسميه الفريق 'شبك علاقة الكتلة الأولية النهائية'.

تفسر دراستنا هذا الالتباس في علاقة الكتلة الأولية النهائية على أنه توقيع لتخليق الكربون الذي صنعته النجوم منخفضة الكتلة في مجرة ​​درب التبانة ، Marigo said .

يعتقد الفريق أن الحدث يحدث في أسلاف النجوم القزمة البيضاء في نهايات عمرها الافتراضي. إنهم يدمجون الهيليوم في الكربون ، في أعماق قلبهم. ثم يتم نقل هذا الكربون إلى السطح ، حيث يتم نفخه في الفضاء في ظل رياح نجمية خفيفة نسبيًا. لأن العملية تحدث ببطء شديد ، فإن النجم لديه الوقت لاكتساب كتلة في اللب. هذا اللب الأكثر ضخامة هو الذي ينهار ويتحول إلى قزم أبيض أثقل من المتوقع.

بشكل عام ، يحدث هذا في النجوم التي تزيد كتلتها عن 2 كتلة شمسية ، ولكن لا يتم رؤيتها في النجوم التي تقل كتلتها عن 1.5 كتلة شمسية ، مما يضع حدًا منخفضًا جيدًا لكتلة النجوم المنبعثة من الكربون. الأهم من ذلك ، أن إلقاء نظرة على النجوم المتشابهة في المجرات الأخرى يساعدنا على فهم توقيت احتضار النجوم لغبار مجرة ​​درب التبانة بالكربون ، مما يجعل أسلاف الأقزام البيضاء المصدر الأكثر ترجيحًا.

يمكن أن يساعدنا هذا أيضًا على فهم ما يحدث في المجرات البعيدة ، حيث لا يمكننا تكوين نجوم فردية. يمكن أن يخبرنا توقيع الكربون في الضوء الكلي عن مجموعات الأقزام البيضاء البعيدة.

كما سيساعدنا البحث بشكل أفضل على فهم كيفية زرع الكربون في جميع أنحاء مجرة ​​درب التبانة - والتي بدورها يمكن أن يكون لها آثار على البحث عن حياة خارج كوكب الأرض.

تم نشر البحث في علم الفلك الطبيعي .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.