فقاعات عملاقة على سطح نجم قريب تسلط الضوء على مصير شمسنا

رصد علماء الفلك للمرة الأولى الحركات التفصيلية لفقاعات غازية عملاقة على سطح نجم قريب، والتي ترتفع وتنخفض مثل داخل مصباح الحمم البركانية.

يبلغ حجم الفقاعات الغازية الساخنة الضخمة 75 ضعف حجم الشمس، ويبدو أنها تغرق في باطن النجم بسرعة أكبر من المتوقع، وفقاً لفريق من علماء الفلك في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا في السويد.

تُظهر الصور سطح النجم R. Doradus، وهو نجم أحمر عملاق يبعد 180 سنة ضوئية في كوكبة دورادو. يبلغ قطر النجم حوالي 350 ضعف قطر الشمس، وهو بمثابة معاينة لمستقبل شمسنا.

في غضون 5 مليارات سنة تقريباً، ستصبح شمسنا عملاقاً أحمر، وستنتفخ وتتوسع بينما تطلق طبقات من المواد ومن المحتمل أن تتبخر الكواكب الداخلية للنظام الشمسي، على الرغم من أن مصير الأرض لا يزال غير واضح، وفقاً لوكالة ناسا.

وتمثل هذه الملاحظات، التي تم إجراؤها باستخدام مصفوفة أتاكاما المليمترية الكبيرة/المقياس المليمتري الفرعي الكبير أو ALMA، من التلسكوبات في تشيلي، المرة الأولى التي يتتبع فيها الباحثون مثل هذه الحركات التفصيلية على سطح نجم آخر غير الشمس.

وقد نشروا النتائج التي توصلوا إليها يوم الأربعاء في مجلة نيتشر.

وقال المؤلف الرئيسي للدراسة فوتر فليمينغز، أستاذ علم الفلك وفيزياء البلازما في تشالمرز، في رسالة بالبريد الإلكتروني: "كنا نهدف إلى مراقبة الغاز في الغلاف الجوي حول النجم، وكنا نأمل في العثور على علامات على فقاعات "الحمل الحراري" التي كان من المتوقع وجودها". "ومع ذلك، لم نتوقع أن نراها بمثل هذه التفاصيل وأن نكون قادرين بالفعل على رؤية حركتها."

عندما تشيخ النجوم

يدرس فليمينجز وزملاؤه ما يحدث عندما تقترب النجوم من نهاية عمرها.

تنتج النجوم الطاقة داخل نواتها من خلال الاندماج النووي عن طريق ضغط ذرات الهيدروجين لتكوين الهيليوم. تسخن هذه العملية النجم وتمده بالوقود لمليارات السنين.

ويمكن أن تصل الطاقة المنتجة في النواة إلى سطح النجم من خلال فقاعات ضخمة وساخنة من الغاز، والتي تغرق بعد ذلك عندما تبرد، على غرار ما يحدث في مصباح الحمم البركانية.

هذه العملية، المعروفة باسم الحمل الحراري، تمزج العناصر المتولدة في اللب مثل الكربون والنيتروجين في جميع أنحاء النجم، وفقاً لمؤلفي الدراسة. كما أن الحمل الحراري هو أيضاً المحرض المحتمل للرياح النجمية، أو الرياح السريعة التي يمكن أن تنقل العناصر التي يصنعها النجم إلى الفضاء للمساعدة في خلق نجوم وكواكب جديدة.

عندما تنتهي حياة النجم، ينفد الهيدروجين الذي يتحول إلى هيليوم، مما يتسبب في انهيار نواة النجم. ويؤدي هذا الضغط على النواة أيضاً إلى زيادة درجة حرارة النجم، مما يؤدي إلى انتفاخه وتضخمه ليصبح عملاقاً أحمر، وفقاً لوكالة ناسا.

ومع اقترابها من نهاية حياتها، تنفجر الطبقات العليا من النجوم، وفي النهاية تنهار النجوم أو تنفجر مطلقاً العناصر المتكونة داخلها في الفضاء.

وقال فليمينغز: "نحن جميعًا مصنوعون من "الغبار النجمي"، والكثير من المواد المحيطة بنا مصنوعة في النجوم". "كيف تُقذف هذه المواد من النجوم القديمة لتُدمج في النجوم والكواكب الجديدة لا يزال الأمر غير واضح تماماً."

التحديق في النجوم القديمة

قرر الفريق رصد نجم R. Doradus لأنه أحد أقرب النجوم العملاقة الحمراء وأكبرها، مما يسهل مراقبته. وقد مكنهم التلسكوب من جمع صور عالية الدقة لسطح النجم على مدار شهر كامل.

قال ثيو خوري، الباحث المشارك في الدراسة والباحث في تشالمرز، في بيان: "يخلق الحمل الحراري البنية الحبيبية الجميلة التي نراها على سطح شمسنا، ولكن من الصعب رؤيتها على النجوم الأخرى". "مع ALMA، تمكنا الآن ليس فقط من رؤية حبيبات الحمل الحراري مباشرة - بحجم يبلغ 75 ضعف حجم شمسنا! - ولكن أيضاً قياس مدى سرعة تحركها لأول مرة."

وتتكون الطبقة الخارجية للشمس، التي تسمى الغلاف الضوئي، من غاز ساخن جداً لدرجة أنه يتكون من فقاعات. يمتلئ الغلاف الضوئي للشمس بملايين الفقاعات التي تتكون من خلال الحمل الحراري. يبلغ عرض فقاعات الغاز، المعروفة أيضاً باسم حبيبات الحمل الحراري، حوالي 621 ميلاً (1000 كيلومتر) وتتحرك بسرعة بضعة كيلومترات في الثانية، لذلك فهي تعيش لمدة 10 دقائق فقط.

لكن يبلغ حجم خلايا الحمل الحراري على سطح R. Doradus أكثر من 100 مليون كيلومتر (حوالي 62 مليون ميل)، وبسرعات تبلغ بضع عشرات من الكيلومترات في الثانية، وتستمر لمدة شهر تقريباً.

"لا نعرف حتى الآن سبب هذا الاختلاف. يبدو أن الحمل الحراري يتغير مع تقدم النجم في العمر بطرق لم نفهمها بعد".

في حين أنه تم رصد فقاعات الحمل الحراري من قبل على سطح النجوم، إلا أن الملاحظات الجديدة تتبعت حركة الفقاعات بطريقة لم تكن ممكنة في السابق.

وقال المؤلف المشارك في الدراسة بهزاد بوجنوردي أرباب، وهو طالب دكتوراه في تشالمرز، في بيان: "إنه لأمر مذهل أن نتمكن الآن من تصوير التفاصيل على سطح النجوم البعيدة جداً بشكل مباشر، ومراقبة الفيزياء التي لم يكن بالإمكان رصدها حتى الآن في الغالب إلا في شمسنا".

قالت الدكتورة كلوديا بالاديني، عالمة الفلك المشاركة في المرصد الجنوبي الأوروبي في تشيلي، إن الدراسة الجديدة تتضمن عمليات رصد أطول من سابقاتها، والتي التقطت تطور الفقاعات. قامت بالاديني بتأليف دراسة حول رصد الفقاعات على سطح النجم pi1 Gruis. وعلى الرغم من أنها لم تشارك في البحث الجديد، إلا أنها ألفت مقالاً مصاحباً للدراسة في مجلة Nature.

"يمكن للمرء أن يرى الفقاعات تصعد وتتوسع وتختفي كما نرى في الشمس. إنه أمر رائع بالنظر إلى المسافة التي نتحدث عنها". "الآن نحن بحاجة فقط إلى رصد المزيد من هذه النجوم!"