انفجار SN 1181: دراسة تكشف أسرار مستعر أعظم نادر

مقدمة عن نجم سوبرنوفا SN 1181

لمدة ستة أشهر في عام 1181، ترك نجم محتضر علامة في سماء الليل.

تاريخ ظهور SN 1181 في السماء

ظهر الجسم اللافت للنظر ساطعًا مثل زحل في محيط كوكبة كاسيوبيا، وسجلاته التاريخية من الصين واليابان على أنه "نجم ضيف".

استخدم علماء الفلك الصينيون هذا المصطلح للدلالة على جسم مؤقت في السماء، وغالبًا ما يكون مذنبًا أو، كما في هذه الحالة، مستعر أعظم - انفجار كارثي لنجم في نهاية حياته.

هذا الجسم، المعروف الآن باسم SN 1181، هو واحد من حفنة من المستعرات العظمى التي تم توثيقها قبل اختراع التلسكوبات، وقد حيّر علماء الفلك لقرون.

والآن، قامت دراسة جديدة ولأول مرة بوصف SN 1181 بالتفصيل من خلال إنشاء نموذج محوسب لتطور المستعر الأعظم منذ ظهور الانفجار الأولي مباشرةً وحتى اليوم. قارن فريق البحث النموذج مع أرصاد التلسكوب الأرشيفية لسديمه - السحابة العملاقة من الغاز والغبار، المرئية حتى يومنا هذا، والتي هي من بقايا الحدث الضخم.

تحليل تطور المستعر الأعظم SN 1181

وقال الباحثون إن التحليل يشير بقوة إلى أن SN 1181 ينتمي إلى فئة نادرة من المستعرات العظمى تسمى النوع Iax حيث يمكن أن يكون الانفجار النووي الحراري نتيجة ليس لنجم واحد بل لاثنين من الأقزام البيضاء التي اصطدمت بعنف لكنها فشلت في الانفجار تماماً، تاركة وراءها "نجم زومبي".

"يقول تاكاتوشي كو، المؤلف الرئيسي للدراسة التي نُشرت في 5 يوليو في مجلة الفيزياء الفلكية: "هناك 20 أو 30 مستعرًا أعظم مرشحًا لنجوم السوبرنوفا من النوع Iax. "ولكن هذا هو الوحيد الذي نعرفه في مجرتنا." كو هو طالب دكتوراه في علم الفلك في جامعة طوكيو.

فئة المستعرات العظمى من النوع Iax

والأكثر من ذلك، وجدت الدراسة أيضاً أن الرياح النجمية عالية السرعة، التي تم اكتشافها في الدراسات السابقة، بدأت تهب من سطح النجم الزومبي منذ 20 عاماً مضت، مما يضيف إلى هالة SN 1181 الغامضة. يقول الخبراء إن الكشف عن الآلية الكامنة وراء هذا المستعر الأعظم يمكن أن يساعد علماء الفلك على التوصل إلى فهم أفضل لحياة النجوم وموتها وكيفية مساهمتها في تكوين الكواكب.

تفجير فاشل لسوبرنوفا

تتبع موقع SN 1181 في مجرة درب التبانة

لقد استغرق علماء الفلك 840 عاماً لحل أول لغز كبير لـ SN 1181، وهو تحديد موقعه في مجرة درب التبانة. كان هذا النجم المحتضر هو آخر مستعر أعظم قبل التلسكوب دون وجود بقايا مؤكدة، حتى قام ألبرت زيجلسترا، أستاذ الفيزياء الفلكية في جامعة مانشستر في إنجلترا، في عام 2021، بتتبعه إلى سديم في كوكبة كاسيوبيا.

اكتشفت عالمة الفلك الهاوية دانا باتشيك السديم في عام 2013 عندما كانت تبحث في أرشيف مستكشف المسح الواسع المجال بالأشعة تحت الحمراء التابع لوكالة ناسا. لكن زيجلسترا، الذي لم يشارك في الدراسة الجديدة، كان أول من توصل إلى وجود علاقة مع SN 1181.

"قال زيجلسترا: "خلال ذروة كوفيد، كنت جالساً في المنزل بعد الظهر. "طابقت المستعر الأعظم بالسديم باستخدام سجلات من الفهارس الصينية القديمة. وأعتقد أن هذا الأمر أصبح الآن مقبولاً بشكل عام - فقد نظر إليه الكثير من الناس واتفقوا على أنه يبدو صحيحاً. هذا هو بقايا ذلك المستعر الأعظم."

يبعد السديم حوالي 7000 سنة ضوئية عن الأرض، ويوجد في مركزه جسم سريع الدوران بحجم الأرض يسمى القزم الأبيض - وهو نجم كثيف ميت استنفد وقوده النووي. هذه الميزة غير اعتيادية بالنسبة لبقايا المستعر الأعظم لأن الانفجار كان يجب أن يطمس القزم الأبيض.

الاختلافات بين الأنواع المختلفة من المستعرات العظمى

كتب زيجلسترا و زملاؤه دراسة في سبتمبر 2021 حول هذا الاكتشاف. وأشار التقرير إلى أن SN 1181 قد ينتمي إلى فئة المستعر الأعظم من النوع Iax المراوغة بسبب وجود هذا القزم الأبيض "الزومبي".

في السوبرنوفا من النوع Ia الأكثر شيوعاً، وهو مستعر أعظم من النوع Ia، وهو قزم أبيض يتشكل عندما يستنفد نجم شبيه بالشمس وقوده ويبدأ بتجميع المواد من نجم آخر قريب. توجد العديد من النجوم في أزواج، أو نظام ثنائي، على عكس الشمس. ويبدأ القزم الأبيض بتجميع المواد حتى ينهار تحت جاذبيته الخاصة، مما يؤدي إلى إعادة إشعال الاندماج النووي بانفجار هائل يخلق أحد ألمع الأجسام في الكون.

أما النوع Iax الأكثر ندرة فهو سيناريو يتوقف فيه هذا الانفجار لسبب ما. وقال زيجلسترا: "أحد الاحتمالات هو أن النوع Iax ليس انفجاراً بقدر ما هو اندماج قزمين أبيضين". "يجتمع الاثنان معاً، ويصطدمان ببعضهما البعض بأقصى سرعة، ويمكن أن يولد ذلك الكثير من الطاقة. وتسبب هذه الطاقة السطوع المفاجئ للمستعر الأعظم."

قد يفسر هذا التصادم الهائل جانباً آخر غريباً من النجم الزومبي SN 1181. حيث قال زيجلسترا إنه لا يحتوي على الهيدروجين أو الهيليوم، وهو أمر غير معتاد للغاية في الفضاء.

"يتألف حوالي 90% من الكون من الهيدروجين والباقي من الهيليوم بشكل حصري تقريباً. وكل شيء آخر نادر جداً". "تحتاج إلى البحث عن 10,000 ذرة قبل أن تجد ذرة واحدة ليست هيدروجين أو هيليوم. لكن نجمنا (الشمس في مركز نظ امنا الشمسي) لا يحتوي إلا على هذين العنصرين (بشكل أساسي). لذا، من الواضح أن شيئًا متطرفًا قد حدث ل (النجم الزومبي)."

رياح نجمية غير مفسرة

التحليل الزمني لبقايا SN 1181

بعد أن تسلح كو وزملاؤه بمعرفة مكان البحث عن SN 1181، والاقتراح بأنه قد يكون من بقايا النوع Iax، بدأ كو وزملاؤه العمل على كشف أسراره المتبقية.

"من خلال تتبع التطور الزمني للبقايا بدقة، تمكنا من الحصول على الخصائص التفصيلية لانفجار SN 1181 لأول مرة. وقد أكدنا أن هذه الخصائص التفصيلية تتوافق مع مستعر أعظم من النوع Iax"، قال كو، مضيفاً أن النموذج الحاسوبي في الدراسة يتوافق مع الملاحظات السابقة للبقايا من التلسكوبات، بما في ذلك تلسكوب الفضاء XMM-Newton التابع لوكالة الفضاء الأوروبية ومرصد تشاندرا للأشعة السينية التابع لوكالة ناسا.

يُظهر تحليل كو أن منطقتين متميزتين من الصدمات تشكلان بقايا SN 1181. تشكلت المنطقة الخارجية عندما قذفت المواد التي قذفها انفجار المستعر الأعظم والتقت بالفضاء بين النجوم. أما المنطقة الداخلية الأكثر حداثة فيصعب تفسيرها.

تفسير الرياح النجمية عالية السرعة

وتقترح الدراسة أن منطقة الصدمة الداخلية هذه قد تكون علامة على أن النجم قد بدأ بالاحتراق مجدداً، بعد قرون من الانفجار، مما أدى إلى اكتشاف مفاجئ، وأضاف كو: يبدو أن الرياح النجمية عالية السرعة بدأت تهب من سطح النجم قبل 20 إلى 30 عاماً فقط.

عادة، يجب أن ينفجر هذا الدفق السريع من الجسيمات التي يُطلق عليها علماء الفلك اسم الرياح النجمية من القزم الأبيض كمنتج ثانوي للدوران السريع للنجم مباشرة بعد انفجار المستعر الأعظم.

قال كو: "نحن لا نفهم تماماً سبب عودة النجم للدوران وبدء الرياح النجمية مؤخراً". "نحن نفترض أن النجم عاود الاشتعال لأن SN 1181 كان مستعرًا أعظم من النوع Iax، وهو انفجار غير مكتمل. ونتيجة لذلك، لم تهرب المادة التي قذفها الانفجار بشكل كامل وبقيت ضمن تأثير جاذبية القزم الأبيض المركزي. ويمكن أن تكون هذه المادة قد تراكمت في نهاية المطاف على القزم الأبيض بسبب جاذبيته، مما تسبب في إعادة إشعالها."

ومع ذلك، أشار زيجلسترا إلى أن هذه النظرية تتناقض مع الملاحظات التي تُظهر أن سطوع النجم قد خفت على مدار القرن الماضي.

وقال: "ليس من الواضح كيف يرتبط ذلك بتشغيل الرياح". "كنت أتوقع أن يكون النجم قد سطع بدلاً من أن يخبو."

يدرك كو وزملاؤه هذه المشكلة. وقالوا إنهم يعتقدون أن هناك علاقة ما بين الرياح والتعتيم، وهم يحققون في الأمر.

يقوم الباحثون بإعداد المزيد من الملاحظات لـ SN 1181 باستخدام جهازين لم يستخدموهما: المصفوفة الكبيرة جداً من التلسكوبات الراديوية في نيو مكسيكو وتلسكوب سوبارو في هاواي.

وقال كو إن هذه الدراسات ستساعد في إثراء معرفة العلماء بجميع المستعرات العظمى.

"وقال: "كان للمستعرات العظمى من النوع Ia دور حاسم في اكتشاف تسارع توسع الكون. "ولكن على الرغم من أهميتها، لا تزال آلية انفجارها غير معروفة، مما يجعلها واحدة من أهم التحديات في علم الفلك الحديث."

وأضاف أنه من خلال دراسة SN 1181 وانفجاره غير المكتمل، يمكن للعلماء أن يكتسبوا رؤى حول آلية المستعرات العظمى من النوع Ia.

فرصة العمر

أهمية العناصر الناتجة عن SN 1181

نظرًا لأن أجسامًا مثل SN 1181 مهمة لصنع الكثير من العناصر التي يتكون منها البشر أيضًا، فإن دراستها تُعد فرصة عظيمة، وفقًا لزيجلسترا.

وقال: "يمكن لهذه الأحداث النشطة للغاية أن تكوّن عناصر أثقل من الحديد، مثل العناصر الأرضية النادرة". "إنه لأمر قيّم أن يكون لدينا مثال على هذا الحدث منذ 1000 عام حيث لا يزال بإمكاننا رؤية المواد المقذوفة، وربما يمكننا في المستقبل أن نرى بالضبط العناصر التي تكونت في هذا الحدث."

وأضاف زيجلسترا أن هذه المعرفة ستساعد العلماء على فهم كيفية تشكل الأرض والحصول على هذه العناصر.

تأثير SN 1181 على فهم الكون

وقال برادلي شايفر، الأستاذ الفخري للفيزياء الفلكية وعلم الفلك في جامعة ولاية لويزيانا الأمريكية، الذي لم يشارك في الدراسة الأخيرة، إن الملاحظات القديمة للمستعرات العظمى كانت ذات أهمية قصوى للفيزياء الفلكية الحديثة.

وأضاف شايفر أن SN 1181 يمثل أحد الروابط القليلة الموثوقة من المستعر الأعظم إلى بقاياه. هذا الجسم مهم باعتباره الحالة الوحيدة الممكنة للحصول على ملاحظات جيدة للنوع Iax المراوغ.

وقال شايفر في رسالة بالبريد الإلكتروني: "لقد كان الإدراك أن المستعرات العظمى من النوع Iax تشكل حوالي 20% من أي مجرة، بما في ذلك مجرتنا درب التبانة، وقد تشكل معظم الغبار الغامض في الكون المبكر."

وأضاف أنه في حياتنا، لن يحصل علماء الفيزياء الفلكية على أي حالة مرصودة أفضل لحدث من النوع Iax، لذا يجب على الباحثين أن يبذلوا جهداً كبيراً لفهم المستعر الأعظم SN 1181.