يكشف العملاق الخفيف عن مرحلة تطورية مفقودة

كشفت الدكتورة فارشا راماشاندران من مركز علم الفلك بجامعة هايدلبرغ (ZAH) وزملاؤها عن أول نجم “منزوع الكتلة” متوسط ​​الكتلة. يمثل هذا الاكتشاف حلقة مفقودة في صورتنا عن التطور النجمي نحو الأنظمة ذات النجوم النيوترونية المندمجة ، والتي تعتبر ضرورية لفهمنا لأصل العناصر الثقيلة ، مثل الفضة والذهب. الدكتور راماشاندران هو باحث ما بعد الدكتوراة في المجموعة البحثية للدكتور أندرياس ساندر ، ومقرها في معهد ريشن للفلك (ARI) التابع لـ ZAH. تم نشر هذه النتائج الآن في علم الفلك والفيزياء الفلكية.

اكتشف فريق الباحثين الممثل الأول للنجوم التي تم توقعها منذ فترة طويلة ، ولكن لم يتم تأكيدها بعد ، من النجوم ذات الكتلة المتوسطة. “النجوم المقطوعة” هي النجوم التي فقدت معظم طبقاتها الخارجية ، وكشفت عن نواتها الساخنة والكثيفة الغنية بالهيليوم ، والتي تنتج عن الاندماج النووي للهيدروجين بالهيليوم. تتشكل معظم هذه النجوم المجردة في أنظمة نجمية ثنائية حيث تتقشر الجاذبية القوية لنجم واحد وتتراكم المادة من رفيقها.

لوقت طويل ، عرف علماء الفيزياء الفلكية النجوم المجردة منخفضة الكتلة ، والمعروفة باسم الأقزام الفرعية ، وكذلك أبناء عمومتها الضخمة ، والمعروفة باسم نجوم وولف رايت. لكن حتى الآن ، لم يتمكنوا أبدًا من العثور على أي مما يسمى بـ “النجوم متوسطة الكتلة المجردة” ، مما يثير تساؤلات حول ما إذا كانت صورتنا النظرية الأساسية بحاجة إلى مراجعة كبيرة.

من خلال مسح النجوم الساخنة والمضيئة بأجهزة التحليل الطيفي عالية الدقة من VLT ، التلسكوب الكبير جدًا التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي في تشيلي ، اكتشفت الدكتورة راماشاندران وزملاؤها إشارات مشبوهة في طيف نجم ساخن ضخم كان سابقًا. مصنفة ككائن واحد. كشف تحقيق مفصل للطيف أن الكائن ليس نجمًا واحدًا ولكنه في الواقع نظام ثنائي ، يتكون من نجم متوسط ​​الكتلة ومرفق سريع الدوران ، وهو ما يسمى كن نجمًا تم لفه بواسطة الكتلة المتراكمة من سلف النجم المجرد.

يقع النظام في مجرة ​​قزمة مجاورة تسمى سحابة ماجلان الصغيرة (SMC). النجوم في هذه المجرة لديها وفرة أقل من العناصر الأثقل ، والتي يطلق عليها علماء الفيزياء الفلكية ببساطة “المعادن” ، من النجوم الضخمة في مجرتنا درب التبانة. وبالتالي ، فإن النجوم الضخمة الفقيرة بالمعادن في SMC تعمل كنافذة على ماضي مجرتنا والتطور الكيميائي للكون.

أكملت الدكتورة راماشاندران دراستها الجامعية في الهند ، قبل أن تنتقل إلى بوتسدام بألمانيا للحصول على درجة الدكتوراه. منذ سبتمبر 2021 ، تعمل في ZAH / ARI. يشرح الدكتور راماشاندران قائلاً: “من خلال اكتشافنا ، نثبت أن السكان المفقودين منذ فترة طويلة لمثل هذه النجوم موجود بالفعل. ولكن النتائج التي توصلنا إليها تشير أيضًا إلى أنها قد تبدو مختلفة تمامًا عما توقعناه” ، ويضيف أنه بدلاً من فقدها تمامًا طبقاتها الخارجية ، قد تحتفظ مثل هذه النجوم بكمية صغيرة ولكنها كافية من الهيدروجين فوق نوى الهيليوم ، مما يجعلها تبدو أكبر بكثير وأكثر برودة مما هي عليه بالفعل.

وتضيف: “لذلك نسميهم” النجوم المجردة جزئيًا “. يشير الدكتور أندرياس ساندر إلى أن عباءة الهيدروجين المتبقية هي شكل من أشكال التنكر. “تبدو النجوم المجردة جزئيًا مشابهة جدًا للنجوم الساخنة العادية غير المجردة ، وبالتالي فهي تختبئ بشكل أساسي في مرأى من الجميع. فقط البيانات عالية الدقة جنبًا إلى جنب مع التحليل الطيفي الدقيق ونماذج الكمبيوتر التفصيلية يمكن أن تكشف عن طبيعتها الحقيقية.”

ليس من المستغرب أنهم تهربوا من الكشف لفترة طويلة. يشرح قائد مجموعة البحث: “الهبة الخاصة لهذا النجم كانت كتلته: قد تبدو كتلته أكبر من شمسنا ببضع مرات ، لكن هذا ضوء غير عادي لمظهره الأزرق العملاق”.

يوضح الدكتور جاكوب كلينكي ، زميل أبحاث مستقل في المرصد الأوروبي الجنوبي (ESO) والمؤلف المشارك لورقة البحث المعنية ، أن النظام المكتشف حديثًا يعمل كحلقة وصل حاسمة في السلسلة التطورية التي تربط عدة “أنواع” مختلفة من الكائنات الغريبة . يقول الدكتور كلينكي: “تتنبأ نماذج التطور النجمي الخاصة بنا أنه في غضون مليون سنة تقريبًا من الآن ، سينفجر النجم المجرد على شكل مستعر أعظم مغلف مزعوم ، تاركًا وراءه بقايا نجم نيوتروني”.

يمثل الاكتشاف الذي قامت به الدكتورة راماشاندران وزملاؤها أول نجمة مجردة يتم العثور عليها حتى الآن في مجرة ​​فقيرة بالمعادن. إذا نجا الثنائي من انفجار المستعر الأعظم ، فسوف تنعكس أدوار النجمين: بعد ذلك ، سوف يتبرع رفيق Be-star بالكتلة لمجمع النجم النيوتروني ، ليصبح ما يسمى ثنائي Be-ray.

تعتبر مثل هذه الأنظمة الرائعة من أسلاف أحداث اندماج النجوم النيوترونية المزدوجة ، وربما أعظم المشاهد الكونية التي لوحظت حتى الآن وأصل العناصر الكيميائية مثل الفضة أو الذهب. يعد فهم مسار تكوينها أحد التحديات الرئيسية للفيزياء الفلكية الحديثة ، وتعتبر ملاحظات المراحل التطورية الوسيطة ضرورية لتحقيق ذلك.

ويخلص الدكتور راماشاندران إلى أن “اكتشافنا يضيف قطعة رئيسية إلى اللغز ، مما أسفر عن القيود المباشرة الأولى على كيفية تقدم تطور النقل الجماعي في مثل هذه الأنظمة النجمية الضخمة”.