نجم فائق السرعة: كشف جديد ملهم

اكتشاف جسم غير عادي في مجرة درب التبانة

توصل بحث جديد إلى أن جسمًا تم رصده بمساعدة المواطنين العلماء كان يتحرك بسرعة كبيرة عبر مجرة درب التبانة لدرجة أنه استطاع الإفلات من جاذبية المجرة والوصول إلى الفضاء بين المجرات.

سرعة الجسم المكتشف وخصائصه

كان الجسم الذي يُرجح أنه نجم أحمر خافت، ينطلق بسرعة حوالي 1.3 مليون ميل في الساعة (600 كيلومتر في الثانية). وبالمقارنة، تدور الشمس حول مجرة درب التبانة بمعدل 450 ألف ميل في الساعة (200 كيلومتر في الثانية).

إذا تأكدت صحة هذا الجسم، فسيكون أول نجم معروف "فائق السرعة" منخفض الكتلة جداً، وفقاً لفريق من علماء الفلك وعلماء المواطنين الذين تم قبول دراستهم للنشر في مجلة "رسائل الفيزياء الفلكية".

أهمية الاكتشاف في علم الفلك

قال رومان جيراسيموف، وهو زميل أبحاث ما بعد الدكتوراه في قسم الفيزياء والفلك في جامعة نوتردام، إن عدد النجوم منخفضة الكتلة أكبر بكثير من النجوم عالية الكتلة لأن تكوين النجوم يفضل الأجسام ذات الكتلة المنخفضة والنجوم ذات الكتلة الأكبر لها عمر أقصر. لكن من الصعب اكتشاف النجوم منخفضة الكتلة لأنها أكثر برودة وأقل إضاءة.

وقال إن النجوم فائقة السرعة، التي افترض وجودها لأول مرة في عام 1988 واكتشفت في عام 2005، نادرة للغاية بالفعل، مما يجعل هذا الاكتشاف الجديد "مثيراً بشكل خاص".

مشروع عوالم الفناء الخلفي ودوره في الاكتشاف

كان المتطوعون المشاركون في مشروع يسمى عوالم الفناء الخلفي: الكوكب 9 أول من اكتشف النجم، الذي أطلق عليه اسم CWISE J124909.08+362116.0، أو J1249+36 اختصاراً. ويبحث الباحثون المشاركون في المشروع عن أدلة على وجود أجسام غير مكتشفة أو عالم افتراضي كبير، يسمى الكوكب تسعة، في "الفناء الخلفي للنظام الشمسي" وراء كوكب نبتون.

ويبحث المشاركون في مشروع "عوالم الفناء الخلفي" عن أنماط وحالات شاذة في الصور والبيانات التي جمعتها بعثة ناسا لاستكشاف الأشعة تحت الحمراء واسعة المجال، والتي رسمت خريطة للسماء بالأشعة تحت الحمراء من عام 2009 إلى عام 2011. (أعادت وكالة الفضاء تعيين المهمة باسم مستكشف المسح بالأشعة تحت الحمراء واسعة المجال للأجسام القريبة من الأرض في عام 2013 لرصد الكويكبات والمذنبات القريبة من الأرض قبل أن تتقاعد تماماً في 8 أغسطس).

وقد برز J1249+36 للعلماء المواطنين الذين قاموا بتمشيط البيانات قبل بضع سنوات لأن النجم كان يتحرك بسرعة 0.1% من سرعة الضوء، وفقاً لمؤلفي الدراسة.

"قال المؤلف المشارك في الدراسة مارتن كاباتنيك، وهو عالم مواطن من نورمبرغ بألمانيا، في بيان: "لا أستطيع وصف مستوى الإثارة. "عندما رأيت لأول مرة مدى سرعته في الحركة، كنت مقتنعاً بأنه يجب أن يكون قد تم الإبلاغ عنه بالفعل."

آلية اكتشاف النجم J1249+36

وساعدت عمليات الرصد اللاحقة من تلسكوبات متعددة في التركيز على الجسم وساعدت في تأكيد الاكتشاف.

تحليل طبيعة الجسم المكتشف

وقال المؤلف الرئيسي للدراسة آدم بورغاسر، أستاذ علم الفلك والفيزياء الفلكية في جامعة كاليفورنيا سان دييغو، في بيان: "هنا أصبح المصدر مثيراً للاهتمام للغاية، حيث أظهرت سرعته ومساره أنه يتحرك بسرعة كافية لاحتمال هروبه من مجرة درب التبانة".

جعلت كتلة النجم المنخفضة في البداية من الصعب تصنيفه في البداية، مما دفع علماء الفلك إلى التساؤل عما إذا كان نجمًا منخفض الكتلة أو قزمًا بنيًا، وهو جرم سماوي ليس نجمًا أو كوكبًا تمامًا.

الأقزام البنية هي أكثر ضخامة من الكواكب ولكنها ليست ضخمة تماماً كالنجوم، وقد اكتشف المواطنون العلماء الذين يعملون في مشروع عوالم الفناء الخلفي أكثر من 4000 منها.

لكن لم تكن أي من تلك الأقزام البنية مسرعة في مسار من شأنه أن يحملها خارج المجرة مثل النجوم "الهاربة" فائقة السرعة التي رصدها علماء الفلك في العقدين الأخيرين.

رصد الفلكيون النجم J1249+36 باستخدام التلسكوبات الأرضية، بما في ذلك مرصد دبليو إم كيك على ماونا كيا في هاواي وتلسكوب بان-ستارز التابع لمعهد جامعة هاواي لعلم الفلك الواقع على بركان هاليكالا في ماوي.

وتشير البيانات المستقاة من مطياف Echellette Echellette Spectrograph من مرصد كيك بالأشعة تحت الحمراء القريبة إلى أن النجم هو نجم قزم فرعي L، أو نجم ذو كتلة أقل بكثير ودرجة حرارة أبرد بكثير من الشمس. النجوم تحت القزمة الباردة هي أقدم النجوم في المجرة.

عكست بيانات التلسكوب أن النجم المحتمل كان يحتوي على تركيز أقل من المعادن، مثل الحديد، مقارنة بالنجوم الأخرى أو الأقزام البنية.

ومن خلال الجمع بين البيانات الواردة من تلسكوبات متعددة، حدد علماء الفلك موقع النجم وسرعته في الفضاء، مما سمح لهم بالتنبؤ بأنه سيخرج من مجرة درب التبانة في مرحلة ما.

لكن لا تزال هناك أسئلة حول الطبيعة الحقيقية للجسم.

قال جيراسيموف: "لقد حسبت كتلة هذا الجسم لتبلغ حوالي 8% من كتلة الشمس من خلال مقارنة خصائصه المرصودة مع عمليات المحاكاة الحاسوبية للتطور النجمي". "هذا يضع هذا الجسم على الحدود الدنيا للكتل النجمية المسموح بها، ومن الممكن في الواقع أن تكون كتلة الجسم أقل بقليل من تلك الحدود، مما يعني أن الجسم ليس نجمًا بل قزمًا بنيًا بدلًا من ذلك."

ووفقاً لمؤلفي الدراسة، فإن الكشف عن المزيد من التفاصيل حول الجسم يمكن أن يساعد علماء الفلك على تحديد ما إذا كان يمثل مجموعة أوسع من الأجسام ذات السرعة العالية والكتلة المنخفضة التي خضعت لتسارع شديد.

السيناريوهات المحتملة لسرعة النجم J1249+36

كما أن فهم طبيعته الدقيقة يمكن أن يساعدهم أيضاً في تحديد متى سيغادر المجرة. في السابق، رصد علماء الفلك الثقب الأسود فائق الكتلة في مركز مجرة درب التبانة وهو يعطي ركلة سريعة لنجم، والذي سيغادر المجرة إلى الأبد في غضون 100 مليون سنة تقريباً.

يعتقد الباحثون أن هناك سيناريوهان محتملان وضعا النجم J1249+36 في مساره السريع.

قال فريق الدراسة إنه من المحتمل أن يكون النجم مرافقاً لنجم قزم أبيض، وهو النواة المتبقية من نجم ميت طرد الغازات التي تعمل كوقود نووي له. في هذه الاقترانات النجمية، إذا كان النجمان قريبين من بعضهما البعض، فإن القزم الأبيض يسحب الكتلة بعيداً عن رفيقه ويحدث انفجار يسمى نوفا. وعندما يتراكم القزم الأبيض الكثير من الكتلة، سينهار وينفجر في مستعر أعظم.

قال بورغاسر: "في هذا النوع من المستعر الأعظم، يتم تدمير القزم الأبيض بالكامل، وبالتالي يتحرر رفيقه وينطلق بالسرعة المدارية التي كان يتحرك بها في الأصل، بالإضافة إلى ركلة صغيرة من انفجار المستعر الأعظم أيضاً". "تُظهر حساباتنا أن هذا السيناريو ناجح. ومع ذلك، فإن القزم الأبيض لم يعد موجوداً وبقايا الانفجار، الذي حدث على الأرجح قبل عدة ملايين من السنين، قد تبددت بالفعل، لذلك ليس لدينا دليل قاطع على أن هذا هو أصله."

الاحتمال الآخر هو أن J1249+36 كان موجوداً في عنقود كروي، أو تجمع كروي الشكل، مترابط بشكل كروي ومتقارب من النجوم. ويتوقع علماء الفلك وجود ثقوب سوداء ذات كتل مختلفة في مركز مثل هذه العناقيد. يمكن للثقوب السوداء أن تشكل أزواجاً ثنائية يمكنها أن تقذف أي نجوم تقترب منها كثيراً.

وقال المؤلف المشارك في الدراسة كايل كريمر، الأستاذ المساعد القادم في قسم علم الفلك والفيزياء الفلكية في جامعة كاليفورنيا سان دييغو، في بيان: "عندما يواجه نجم ثنائي ثقب أسود، يمكن للديناميكيات المعقدة لهذا التفاعل الثلاثي الأجسام أن تقذف بهذا النجم خارج العنقود الكروي مباشرة".

قام كريمر بإجراء عمليات محاكاة واكتشف أن تفاعلات الأجسام الثلاثة يمكن أن تطيح بنجم قزم فرعي منخفض الكتلة من العنقود الكروي وتضعه في مسار مشابه لمسار النجم J1249+36.

قال كريمر: "هذا يدل على إثبات المفهوم، لكننا لا نعرف في الواقع من أي عنقود كروي ينتمي هذا النجم".

أكثر ما يثير اهتمام جيراسيموف هو فكرة أن هذا الجسم قد قذف من عنقود كروي لأن مثل هذه العناقيد تضم نجوماً يزيد عمرها عن 13 مليار سنة.

وقال: "إن التركيب الكيميائي وتوزيع الكتل النجمية في العناقيد الكروية يلتقط الخطوات الأولى في تكوين مجرتنا وتطورها". "ومع ذلك، فإن كل ما نعرفه تقريبًا عن العناقيد الكروية يأتي من دراسات لأعضائها ذوي الكتل الأعلى لأن النجوم منخفضة الكتلة والأقزام البنية يصعب رصدها."

وقد سمح تلسكوب جيمس ويب الفضائي مؤخراً لعلماء الفلك بالتعرف على أول الأقزام البنية في العنقود الكروي، والتي لها كتلة مماثلة لكتلة هذا الجسم. ولكن هناك عدد قليل جداً من الأمثلة حتى الآن للتوصل إلى فهم أوسع.

قال غيراسيموف: "ومع ذلك، فإن وجود هذا النجم فائق السرعة، إذا كان بالفعل عضو سابق في عنقود كروي، يفتح طريقة جديدة لدراسة أعضاء العنقود منخفضة الكتلة من خلال البحث عن تلك التي قُذفت وهي تتحرك بسرعات عالية عبر الحي الشمسي". "بما أننا تمكنا من العثور على مثال واحد، فمن المحتمل أن يكون هناك العديد من الأمثلة الأخرى التي سيتم اكتشافها في المستقبل."

وقال الباحثون إن تتبع المسار الذي سلكه J1249+36 حتى الآن في الاتجاه المعاكس يمكن أن يؤدي إلى جزء مزدحم من السماء الليلية حيث تنتظر العناقيد غير المكتشفة العثور على مجموعات غير مكتشفة.

والآن، يأمل العلماء في معرفة المزيد من القرائن من التركيب العنصري للنجم، والتي يمكن أن تساعد في تفسير كيف انتهى به المطاف في مسار يحلق بعيداً عن مجرة درب التبانة.

عندما تنفجر الأقزام البيضاء، فإنها تخلق عناصر ثقيلة يمكن أن تكون موجودة حول J1249+36. وبالمثل، تمتلك النجوم الموجودة في العناقيد الكروية في جميع أنحاء مجرة درب التبانة أنماطاً مميزة من العناصر التي تعمل كبطاقة تعريف بأصولها.

وقال جيراسيموف: "نحن نبحث بشكل أساسي عن بصمة كيميائية من شأنها أن تحدد بدقة النظام الذي ينتمي إليه هذا النجم".