الفلك

كيف يحدث المستعر الأعظم عندما ينهار نجم ضخم في ثقب أسود؟

كيف يحدث المستعر الأعظم عندما ينهار نجم ضخم في ثقب أسود؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

إن فهمي العادي لانفجار سوبرنوفا هو أنه ناجم عن ارتداد عندما ينهار نجم ضخم. عندما ينهار اللب إلى النقطة التي يهيمن فيها ضغط الانحلال النيوتروني ، يتوقف الانهيار الأساسي ، وترتد المادة المتساقطة من الطبقات الخارجية إلى الوراء ، مما يتسبب في حدوث مستعر أعظم (يرجى تصحيح لي إذا كنت مخطئًا) ومع ذلك ، فقد قرأت أيضًا أن النتيجة النهائية للمستعر الأعظم يمكن أن تكون إما نجمًا نيوترونيًا أو ثقبًا أسودًا اعتمادًا على الكتلة. عندما يكون النجم ضخمًا بدرجة كافية لينهار في ثقب أسود ، ما الذي يسبب المستعر الأعظم؟ ما الذي ترتد منه الطبقات الخارجية؟ ألا يجب أن ينهار كل شيء في الثقب الأسود؟


أنت على صواب. يمكن أن يؤدي الانهيار المباشر لنجم ثقيل إلى ثقب أسود إلى فشل مستعر أعظم بدون انفجار يمكن اكتشافه.
ومع ذلك ، يمكن أن يتشكل ثقب أسود أيضًا مع انفجار SN. قد يكون أحد الاحتمالات هو التكوين الأولي لنجم نيوتروني والارتداد عن الطبقات الخارجية ، ولكن بعد ذلك تراجعت كمية كافية من المواد لتنهار النجم النيوتروني إلى BH.
في النجوم ذات الدوران السريع ، يمكن أيضًا أن يتغذى المستعر الأعظم من الطاقة المنبعثة أثناء تراكم المادة حول الثقب الأسود المتكون حديثًا. سيكون هذا من شأنه أن يكون Collapsar.
هناك أيضًا احتمال أن يتشكل نجم مغناطيسي خلال المستعر الأعظم للنجوم التي تدور بسرعة. هنا ، لا يكون الانفجار مدفوعًا بشكل أساسي بالارتداد ورياح النيوترينو ، ولكن من خلال إطلاق الطاقة المغناطيسية وما تلاه من دوران للنجم النيوتروني. نظرًا لأن الدوران السريع يمكن أن يثبّت NS ضد انهياره ، فإن هذا التدوير لأسفل يمكن أن يؤدي أيضًا إلى تكوين ثقب أسود متأخر. هنا ورقة عن ذلك.

لذلك ، يمكن أن تصبح انفجارات SN معقدة للغاية ويمكن أن يتشكل ثقب أسود مع أو بدون انفجار مستعر أعظم. كل هذا يتوقف على الكتلة والدوران والمعدنية للنجم السلف (وما إذا كان رفيقًا ثنائيًا).


قد تكون النجوم الضخمة في بدايات الكون من أسلاف الثقوب السوداء فائقة الكتلة

نصف شريحة معكوسة عبر الجزء الداخلي لنجم فائق الكتلة متفجر من 55500 كتلة شمسية بعد يوم واحد من بداية الانفجار. نصف قطر المحيط الخارجي قريب من مدار الأرض. الائتمان: K.-J. تشين

أظهرت الملاحظات الأخيرة وجود ثقب أسود هائل في مركز كل مجرة. ومع ذلك ، ما هو أصل هذه الثقوب السوداء الهائلة؟ لا يزال لغزا اليوم. توقع فريق بحث دولي بقيادة المرصد الفلكي الوطني الياباني ومعهد أكاديميا سينيكا لعلم الفلك والفيزياء الفلكية (ASIAA) في تايوان حدوث سوبر نوفا شديد من نجم فائق الكتلة ، من المحتمل أن يكون سلف الثقوب السوداء فائقة الكتلة. اقترحت حساباتهم أن هذا المستعر الأعظم يمكن ملاحظته بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) الذي سيتم إطلاقه بحلول نهاية عام 2021.

تعد دراسة تكوين الثقوب السوداء فائقة الكتلة موضوعًا مهمًا في الفيزياء الفلكية الحديثة. تقترح النظرية الرائدة أن بذور الثقوب السوداء فائقة الكتلة تشكلت بعد موت النجوم الأولى الضخمة في الكون المبكر ، ثم استمرت هذه البذور في تراكم الغازات المحيطة وتشكلت أخيرًا في ثقوب سوداء هائلة اليوم. ومع ذلك ، تم تحدي هذه النظرية لأن أكبر النجوم التي لوحظت في الكون المحلي تبلغ حوالي مائة أو مائتي كتلة شمسية. إذا ماتت النجوم الأولى التي تحتوي على بضع مئات من الكتل الشمسية كبذور ثقب أسود ، فإنها تحتاج إلى الحفاظ على أعلى كفاءة تراكمية لتشكيل الثقوب السوداء الهائلة التي لوحظت اليوم. لكن من الصعب للغاية الحفاظ على معدل تراكم مرتفع في بيئة واقعية.

اقترح زميل أبحاث مساعد ، Ke-Jung Chen من ASIAA Taiwan عدم استقرار نسبي مستعر أعظم من نجم بدائي فائق الكتلة (10 4-10 5 كتل شمسية) في ورقته البحثية لعام 2014. "قد يكون هناك عدد صغير من النجوم الأولى في بدايات الكون بعشرات الآلاف من الكتل الشمسية. ومن المحتمل أن يكونوا أسلاف الثقوب السوداء الهائلة في المجرات. نظرًا لأنه كلما زادت كتلة بذرة الثقب الأسود ، زادت كفاءة هو ابتلاع المادة المحيطة. لا تحتاج الثقوب السوداء إلى الحفاظ على معدل تراكم عالٍ لتنمو بسرعة ".

ولكن كيف يمكن إثبات وجود هذه النجوم الضخمة ذات يوم؟ هذا تحدٍ متعلق بالرصد ، لأن معظم هذه النجوم فائقة الكتلة ستنهار إلى ثقوب سوداء. استنادًا إلى نموذج المستعر الأعظم الذي اقترحه تشين ، أجرى فريق البحث محاكاة جديدة لنقل الإشعاع ووجدوا أن مهمة JWST القادمة لديها فرصة لرصد هذا المستعر الأعظم! إذا تمت ملاحظته بالفعل بحلول ذلك الوقت ، فيمكن تأكيد أصل الثقب الأسود الهائل في المجرة الذي يأتي من أول نجم فائق الكتلة. لننتظر ونرى!


كيف يحدث المستعر الأعظم عندما ينهار نجم ضخم في ثقب أسود؟ - الفلك

س:
كم من الوقت يستغرق النجم لتشكيل ثقب أسود بعد موته؟

أ:
يمكن أن يستمر تكوين الثقب الأسود أثناء انهيار النجوم الضخمة بطريقتين مختلفتين: إما أن ينهار النجم الضخم مباشرة في ثقب أسود دون حدوث انفجار مستعر أعظم أو حدوث انفجار ، لكن طاقته منخفضة جدًا بحيث لا يمكنها إبعاد الغلاف النجمي تمامًا ، و يتراجع جزء كبير من النجم ليشكل ثقبًا أسود. في كلتا الحالتين ، تشير الحسابات إلى أن ثقبًا أسود يتشكل في وقت يتراوح من عُشر ثانية إلى نصف ثانية تقريبًا!

يتضمن المسار البديل انهيار نجم نيوتروني في ثقب أسود إذا تراكم الكثير من المواد من نجم مرافق قريب ، أو اندمج مع النجم المرافق بحيث يتم دفعه فوق حد النجم النيوتروني وينهار ليصبح ثقبًا أسود. قد تستغرق هذه العملية مليون سنة أو أكثر اعتمادًا على مدى سرعة تراكم المادة ، ولكن بمجرد أن يتجاوز النجم النيوتروني الحد الأقصى ، وهو حوالي 3 كتل شمسية ، يحدث الانهيار إلى ثقب أسود في أقل من ثانية.

مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية
60 جاردن ستريت ، كامبريدج ، ماساتشوستس 02138 الولايات المتحدة الأمريكية
الهاتف: 617.496.7941 الفاكس: 617.495.7356


مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة: مساهمات في أبحاث المستعرات الأعظمية

من خلال برنامج الفيزياء النووية ، يدعم مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة البحث في الطبيعة الأساسية للمادة. يتضمن ذلك كيفية تكوين المادة - بما في ذلك العناصر - ودور المستعرات الأعظمية في هذه العملية. بالشراكة مع برامج مكتب العلوم الأخرى ، تدعم الفيزياء النووية مشاريع مثل SciDAC ، التي تعمل على تطوير برامج الحوسبة العلمية والبنية التحتية للأجهزة اللازمة لمشاريع مثل محاكاة انفجارات المستعر الأعظم.

يستخدم برنامج فيزياء الطاقة العالية التابع لمكتب العلوم أيضًا المستعرات الأعظمية كأداة لتطوير خرائط الكون. في الواقع ، فاز شاول بيرلماتر في مختبر لورانس بيركلي الوطني وكذلك العلماء بريان شميت وآدم ريس بجائزة نوبل لاستخدامهم المستعرات الأعظمية من النوع Ia لاكتشاف الطاقة المظلمة. يستخدم الباحثون المدعومون من قبل مكتب العلوم أيضًا تقنيات التعلم الآلي لتحديد وتصنيف وقياس المستعرات الأعظمية والأجرام السماوية الأخرى التي يمكن أن تكشف عن معلومات حول بنية الكون.


أو يمكن أن يكون شيئا آخر

توصل فريق آخر من علماء الفلك ، بقيادة بول كوين ، عالم الفيزياء الفلكية بجامعة كوليدج لندن ، إلى استنتاج مختلف. يعتقدون أن البقرة هي نجمة تمزقها & # 8217s فيما يسمى & # 8220 حدث اضطراب المد والجزر. & # 8221

& # 8220 & # 8217 لم نر شيئًا مثل البقرة تمامًا ، وهو أمر مثير للغاية. & # 8221

آمي لين ، جامعة ماريلاند ، ناسا ومركز جودارد لرحلات الفضاء # 8217s

يحدث اضطراب المد والجزر لنجم يقترب من ثقب أسود قوي. تمزق الجاذبية من الثقب الأسود النجم إلى تيار من الغاز. يقذف الثقب الأسود ذيل تيار الغاز من نظام الثقب الأسود ، لكن الحافة الأمامية للتيار تدور حول الثقب وتصطدم في النهاية بنفسها.

& # 8220 & # 8217 لم نر شيئًا مثل البقرة تمامًا ، وهو أمر مثير للغاية ، & # 8221 قالت إيمي لين ، عالمة أبحاث مساعدة في جامعة ماريلاند ، مقاطعة بالتيمور ومركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لوكالة ناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند. & # 8220 نعتقد أن اضطراب المد والجزر أدى إلى اندفاع سريع وغير معتاد حقًا للضوء في بداية الحدث وأفضل ما يفسر ملاحظات Swift & # 8217s متعددة الأطوال الموجية لأنها تلاشت خلال الأشهر القليلة المقبلة. & # 8221

يعتقد هذا الفريق الثاني من الباحثين أن النجم الذي تم تقطيعه كان قزمًا أبيض ، وهو نفس النوع من النجوم التي ستصبح شمسنا في النهاية. قاموا أيضًا بحساب حجم الثقب الأسود وخلصوا إلى أن كتلته ستكون بين 100000 إلى 1 مليون ضعف كتلة الشمس. وهذا يجعله ثقبًا أسودًا هائلاً ، مشابهًا في الحجم للثقب الموجود في مركز مجرة ​​Cow & # 8217s. سيكون هذا غير عادي للغاية ، لكنه ليس مستحيلًا.

& # 8220 البقرة أنتجت سحابة كبيرة من الحطام في وقت قصير للغاية ، & # 8221 قال المؤلف الرئيسي بول كوين ، عالم الفيزياء الفلكية في جامعة كوليدج لندن (UCL). & # 8220 تمزيق نجم أكبر لإنتاج سحابة كهذه سيستغرق ثقبًا أسود أكبر ، مما يؤدي إلى زيادة سطوع أبطأ ويستغرق وقتًا أطول لاستهلاك الحطام. & # 8221

شارك فريق Kuin & # 8217s أيضًا النتائج التي توصلوا إليها في الاجتماع 233 لـ AAS ، وتم نشر نتائجهم في ورقة.


النجم المنهار يولد ثقبًا أسود

لاحظ علماء الفلك أن نجمًا هائلًا يحتضر من المحتمل أن يولد من جديد على شكل ثقب أسود.

لاحظ علماء الفلك أن نجمًا هائلًا يحتضر من المحتمل أن يولد من جديد على شكل ثقب أسود. استغرق الأمر القوة المشتركة من التلسكوب ذو العينين الكبير (LBT) ، والتلسكوبات الفضائية هابل وسبيتزر التابعين لناسا للبحث عن بقايا النجم المهزوم ، فقط لتجد أنه اختفى بعيدًا عن الأنظار.

خرجت مع أنين بدلا من ضجة.

كان من المفترض أن يكون النجم ، الذي كانت كتلته أكبر بـ 25 مرة من شمسنا ، قد انفجر في سوبر نوفا شديد السطوع. بدلاً من ذلك ، تلاشت - ثم تركت وراءها ثقبًا أسود.

قال كريستوفر كوتشانيك ، أستاذ علم الفلك في جامعة ولاية أوهايو والباحث البارز في علم الكونيات في أوهايو ، إن "الفشل الهائل" مثل هذا في مجرة ​​قريبة يمكن أن يفسر لماذا نادرًا ما يرى علماء الفلك المستعرات الأعظمية من النجوم الأكثر ضخامة.

يبدو أن ما يصل إلى 30 في المائة من هذه النجوم قد تنهار بهدوء إلى ثقوب سوداء - لا حاجة إلى مستعر أعظم.

وأوضح كوتشانيك أن "النظرة النموذجية هي أن النجم لا يمكنه تكوين ثقب أسود إلا بعد أن يتحول إلى مستعر أعظم". "إذا كان النجم عاجزًا عن بلوغ مستعر أعظم واستمر في تكوين ثقب أسود ، فسيساعد ذلك في تفسير سبب عدم رؤيتنا للمستعرات الأعظمية من النجوم الأكثر ضخامة."

يقود فريقًا من علماء الفلك الذين نشروا أحدث نتائجهم في الإخطارات الشهرية للجمعية الملكية الفلكية.

من بين المجرات التي كانوا يشاهدونها هي NGC 6946 ، وهي مجرة ​​حلزونية تبعد 22 مليون سنة ضوئية وتلقب بـ "مجرة الألعاب النارية" لأن المستعرات الأعظمية تحدث بشكل متكرر هناك - في الواقع ، SN 2017eaw ، الذي اكتشف في 14 مايو ، يضيء بالقرب من الحد الأقصى سطوع الآن. ابتداءً من عام 2009 ، بدأ نجم معين ، اسمه N6946-BH1 ، يضيء بشكل ضعيف. بحلول عام 2015 ، بدا أنه قد تلاشى من الوجود.

بعد مسح LBT للمستعرات الأعظمية الفاشلة ، قام علماء الفلك بتوجيه تلسكوبات Hubble و Spitzer الفضائيين لمعرفة ما إذا كان لا يزال موجودًا ولكن معتمًا فقط. كما استخدموا سبيتزر للبحث عن أي أشعة تحت الحمراء تنبعث من الموقع. كان يمكن أن يكون ذلك علامة على أن النجم كان لا يزال موجودًا ، ولكن ربما كان مختبئًا خلف سحابة من الغبار.

جاءت جميع الاختبارات سلبية. النجم لم يعد هناك. من خلال عملية إزالة دقيقة ، خلص الباحثون في النهاية إلى أن النجم يجب أن يكون ثقبًا أسود.

من السابق لأوانه في المشروع أن نعرف على وجه اليقين عدد المرات التي تتعرض فيها النجوم للإخفاقات الهائلة ، لكن سكوت آدامز ، الطالب السابق في ولاية أوهايو والذي حصل مؤخرًا على درجة الدكتوراه. القيام بهذا العمل ، كان قادرًا على إجراء تقدير أولي.

"N6946-BH1 هو المستعر الأعظم الوحيد المحتمل فشلًا الذي اكتشفناه في السنوات السبع الأولى من مسحنا. خلال هذه الفترة ، حدثت ستة مستعرات عظمى عادية داخل المجرات التي كنا نراقبها ، مما يشير إلى موت 10 إلى 30 بالمائة من النجوم الضخمة على أنه مستعر أعظم فاشل ".

"هذا هو الجزء الذي يفسر المشكلة ذاتها التي دفعتنا لبدء المسح ، أي أن هناك عددًا أقل من المستعرات الأعظمية المرصودة مما ينبغي أن يحدث إذا ماتت جميع النجوم الضخمة بهذه الطريقة."

لدراسة المؤلف المشارك Krzysztof Stanek ، فإن الجزء المثير للاهتمام حقًا من الاكتشاف هو التداعيات التي يحملها على أصول الثقوب السوداء الضخمة جدًا - من النوع الذي اكتشفته تجربة LIGO عبر موجات الجاذبية. (LIGO هو مرصد مقياس التداخل بالليزر لموجات الجاذبية).

قال ستانيك ، أستاذ علم الفلك في ولاية أوهايو ، إنه ليس من المنطقي بالضرورة أن يخضع نجم هائل لمستعر أعظم - وهي عملية تستلزم تفجير الكثير من طبقاته الخارجية - ولا يزال لديه كتلة كافية لتشكيله. ثقب أسود هائل بمقياس تلك التي اكتشفها LIGO.

وخلص إلى القول: "أظن أنه من الأسهل بكثير إنشاء ثقب أسود هائل للغاية إذا لم يكن هناك مستعر أعظم".

آدامز الآن عالم فيزياء فلكية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا ، كاليفورنيا. المؤلفون المشاركون الآخرون هم جيل جيرك طالب الدكتوراه في ولاية أوهايو وعالم الفلك في جامعة أوكلاهوما شينيو داي. تم دعم أبحاثهم من قبل مؤسسة العلوم الوطنية.

يدير مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في باسادينا ، كاليفورنيا ، مهمة تلسكوب سبيتزر الفضائي لمديرية المهام العلمية التابعة لناسا ، واشنطن. يتم إجراء العمليات العلمية في مركز Spitzer Science في Caltech. تتم عمليات المركبات الفضائية في شركة لوكهيد مارتن لأنظمة الفضاء ، ليتلتون ، كولورادو. يتم أرشفة البيانات في أرشيف علوم الأشعة تحت الحمراء الموجود في مركز المعالجة والتحليل بالأشعة تحت الحمراء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. يدير معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا مختبر الدفع النفاث لناسا.

التلسكوب ذو العينين الكبير هو تعاون دولي بين المؤسسات في الولايات المتحدة وإيطاليا وألمانيا.

تلسكوب هابل الفضائي هو مشروع تعاون دولي بين وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية (وكالة الفضاء الأوروبية). يدير التلسكوب مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ماريلاند. يقوم معهد علوم تلسكوب الفضاء في بالتيمور بإجراء عمليات علوم هابل. يتم تشغيل STScI لصالح وكالة ناسا من قبل اتحاد الجامعات للأبحاث في علم الفلك ، في واشنطن.


مشكلة هائلة

لكن في السنوات الأخيرة ، بدأت الملاحظات أيضًا تشير إلى أن بعض الكواكب العملاقة الحمراء لا تتحول في الواقع إلى مستعر أعظم. ابتداءً من عام 1987 ، عندما رأى المراقبون مستعر أعظم في سحابة ماجلان الكبيرة ، وهي مجرة ​​مجاورة ، تمكن علماء الفلك من فحص صور ما قبل الانفجار للمجرات وتحديد النجم الذي انفجر.

حتى الآن ، كما يقول ستيفن سمارت من جامعة كوينز بلفاست ، أجرى علماء الفلك 25 من هذه التشريح النجمي. كما هو متوقع ، كانت معظم النجوم المنكوبة من العمالقة الحمراء. لكنها لم تمتد على النطاق الكامل للكتلة من ثمانية إلى 30 شمسًا. يقول سمارت: "ليس لدينا تقريبًا أي اكتشاف للنجوم فوق كتلة [ولادة] 17 كتلة شمسية ، ويجب أن تكون هذه النجوم الأكثر سطوعًا ، وأسهل ما يمكن العثور عليه في الصور." يسمي هذا الفشل مشكلة العملاق الأحمر (١ ، ٢). يشتبه سمارت في أن العمالقة الحمراء ذات الكتلة المنخفضة فقط هي التي تنفجر. الكواكب العملاقة الحمراء ذات الكتلة الأعلى ـ تلك التي وُلدت بأكثر من 17 كتلة شمسية ـ تنهار ، وتنهار نوىها بهدوء في ثقوب سوداء.

يقول سمارت إن هذا العملاق الخارق الذي اختفى في عام 2008 هو مثال محتمل. موطن النجم عبارة عن مجرة ​​حلزونية مفرطة النشاط على بعد 25 مليون سنة ضوئية من الأرض تسمى NGC 6946 ، وهي سيئة السمعة بسبب المستعرات الأعظمية المتنوعة. من عام 1917 إلى عام 2017 ، شاهد المراقبون 10 انفجارات سوبر نوفا هناك ، أكثر من أي مجرة ​​أخرى ، لكن المستعر الأعظم الذي لم يحدث يمكن أن يثبت أنه أكثر أهمية من كل تلك التي حدثت.

لم يلاحظ أحد اختفاء النجم في ذلك الوقت. في عام 2014 ، كان كريستوفر كوتشانيك وطالبة الدراسات العليا جيل جيرك ، وكلاهما في جامعة ولاية أوهايو في كولومبوس ، يفحصان صورًا لمجرات قريبة جدًا من مجراتنا بحيث يمكننا اكتشاف نجومها الفردية. علم هؤلاء الفلكيون بمشكلة العملاق الأحمر والمشكلة التي واجهها المنظرون في جعل نجومهم تنفجر. التقطت صور المجرات مليون من النجوم العملاقة الحمراء ، كل منها مستعر أعظم محتمل في المستقبل. من خلال مقارنة الصور من سنوات مختلفة ، كان علماء الفلك يأملون في التقاط العكس تمامًا: عملاق أحمر عملاق يخرج عن الأنظار عندما أصبح ثقبًا أسود.

يقول Gerke عن حدث 2008: "لقد كان لطيفًا ونظيفًا للغاية". "كان بإمكانك رؤية النجم هناك ، وبعد ذلك يمكنك أن ترى بوضوح ، على الأقل في بياناتنا ، أنه لم يعد مرئيًا." لا تزال هذه هي المرة الوحيدة التي يرى فيها أي شخص نجمًا يتلاشى من السماء دون التعرض للمستعر الأعظم (3).

وصف Woosley ، الذي لم يشارك في الاكتشاف ، هذا الادعاء بالمصداقية. على الرغم من أن النجم يمكن أن يظل ساطعًا خلف سحابة كثيفة من الغبار ، إلا أن ضوء النجوم يجب أن يسخن هذا الغبار ويجعله يتوهج بقوة عند أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء ، والتي لم يرها أحد (4). تأكيد قاطع على وفاة النجم ينتظر تلسكوب جيمس ويب الفضائي ، وهو أداة كبيرة حساسة للأشعة تحت الحمراء تخطط ناسا لإطلاقها في عام 2021.

لطالما اعتقد علماء الفلك أن منكب الجوزاء ، النجم الأحمر (قمة) في كوكبة Orion the Hunter الساطعة ، سوف تنفجر يومًا ما في سوبر نوفا لامع. لكن بحثًا جديدًا يثير احتمال أن هذا الانفجار المتوقع قد لا يحدث أبدًا. رصيد الصورة: Shutterstock / Genevieve de Messieres.


لا تخف من وجود سوبر نوفا

سوبر نوفا 1987A هو أقرب نجم متفجر شوهد في العصر الحديث. حدث ذلك في سحابة ماجلان الكبيرة ، وهي مجرة ​​صغيرة تدور حول مجرتنا درب التبانة. تم دمج الصور التي التقطتها تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا لتكوين هذا المركب من الحطام المتوسع للانفجار. الائتمان: Credit: NASA / ESA / P.Challis and R. Kirshner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)

بالنظر إلى الكميات الهائلة من الطاقة في انفجار سوبرنوفا & # 150 بقدر ما تخلقه الشمس خلال عمرها بأكمله & # 150 ، هناك نظرية أخرى خاطئة عن يوم القيامة وهي أن مثل هذا الانفجار يمكن أن يحدث في عام 2012 ويضر بالحياة على الأرض. ومع ذلك ، نظرًا لاتساع الفضاء والفترات الطويلة بين المستعرات الأعظمية ، يمكن لعلماء الفلك القول على وجه اليقين أنه لا يوجد نجم مهدد قريب بما يكفي لإيذاء الأرض.

يقدر علماء الفلك ، في المتوسط ​​، انفجار واحد أو اثنين من المستعرات الأعظمية كل قرن في مجرتنا. ولكن لكي تتعرض طبقة الأوزون للأرض للضرر من المستعر الأعظم ، يجب أن يحدث الانفجار على بعد أقل من 50 سنة ضوئية. كل النجوم القريبة القادرة على الذهاب إلى مستعر أعظم هي أبعد من ذلك بكثير.

أي كوكب به حياة بالقرب من نجم يمر بمستعر أعظم سيعاني بالفعل من مشاكل. يمكن أن تتسبب أشعة X وأشعة جاما المنبعثة من المستعر الأعظم في إتلاف طبقة الأوزون ، التي تحمينا من الأشعة فوق البنفسجية الضارة في أشعة الشمس. كلما قل الأوزون ، زاد ضوء الأشعة فوق البنفسجية الذي يصل إلى السطح. عند بعض الأطوال الموجية ، يمكن أن تكون الزيادة بنسبة 10 في المائة فقط في الأشعة فوق البنفسجية على مستوى الأرض قاتلة لبعض الكائنات الحية ، بما في ذلك العوالق النباتية بالقرب من سطح المحيط. نظرًا لأن هذه الكائنات الحية تشكل أساس إنتاج الأكسجين على الأرض وسلسلة الغذاء البحرية ، فإن أي تعطيل كبير لها يمكن أن يتحول إلى مشكلة على مستوى الكوكب.

حدث متفجر آخر ، يسمى انفجار أشعة جاما (GRB) ، غالبًا ما يرتبط بالمستعرات الأعظمية. عندما ينهار نجم ضخم على نفسه - أو في كثير من الأحيان ، عندما يصطدم نجمان نيوترونيان مضغوطان - تكون النتيجة ولادة ثقب أسود. عندما تسقط المادة نحو ثقب أسود ناشئ ، يتسارع بعضها في نفاثة جسيمية قوية جدًا بحيث يمكنها شق طريقها بالكامل عبر النجم قبل أن تبدأ الطبقات الخارجية للنجم في الانهيار. إذا كانت إحدى النفاثات موجهة نحو الأرض ، فإن الأقمار الصناعية التي تدور في مدارها تكتشف انفجارًا لأشعة جاما شديدة النشاط في مكان ما في السماء. تحدث هذه الانفجارات يوميًا تقريبًا وهي قوية جدًا بحيث يمكن رؤيتها عبر مليارات السنين الضوئية.

يمكن أن يؤثر انفجار أشعة جاما على الأرض بنفس الطريقة التي يؤثر بها المستعر الأعظم - وعلى مسافة أكبر بكثير - ولكن فقط إذا كان نفاثه موجهًا في طريقنا مباشرة. يقدر علماء الفلك أن انفجار أشعة جاما يمكن أن يؤثر على الأرض من مسافة تصل إلى 10000 سنة ضوئية مع فصل كل منها بنحو 15 مليون سنة في المتوسط. حتى الآن ، كان أقرب انفجار تم تسجيله ، والمعروف باسم GRB 031203 ، على بعد 1.3 مليار سنة ضوئية.

كما هو الحال مع التأثيرات ، من المحتمل أن يكون كوكبنا قد شهد بالفعل مثل هذه الأحداث على مدار تاريخه الطويل ، ولكن لا يوجد سبب لتوقع حدوث انفجار لأشعة غاما في مجرتنا في المستقبل القريب ، أقل من ذلك بكثير في ديسمبر 2012.


اكتشف الباحثون أصل الثقوب السوداء الضخمة وكتلتها القصوى

رسم تخطيطي لمسار تكوين الثقب الأسود الثنائي لـ GW170729. نجم أقل من 80 كتلة شمسية يتطور ويتحول إلى مستعر أعظم ينهار. لا يعاني النجم من عدم الاستقرار الزوجي ، لذلك لا يوجد طرد جماعي كبير عن طريق النبض. بعد أن يشكل النجم قلبًا حديديًا هائلًا ، ينهار بفعل جاذبيته ويشكل ثقبًا أسود كتلته أقل من 38 كتلة شمسية. نجم بين 80 و 140 كتلة شمسية يتطور ويتحول إلى مستعر أعظم نابض بزوج غير مستقر. بعد أن يشكل النجم لبًا ضخمًا من الكربون والأكسجين ، يمر اللب بتكوين أزواج كارثية بين الإلكترون والبوزيترون. هذا يثير نبضًا قويًا وطردًا جزئيًا للمواد النجمية. تشكل المواد المقذوفة المادة المحيطة بالنجم. بعد ذلك ، يستمر النجم في التطور ويشكل قلبًا حديديًا هائلًا ، والذي ينهار بطريقة مشابهة للمستعر الأعظم العادي الذي ينهار ، ولكن مع كتلة ثقوب سوداء نهائية أعلى بين 38-52 كتلة شمسية. هذان المساران يمكن أن يفسرا أصل كتل الثقب الأسود الثنائية المكتشفة لحدث موجة الجاذبية GW170729. الائتمان: Shing-Chi Leung et al./Kavli IPMU

من خلال محاكاة نجم محتضر ، اكتشف فريق من الباحثين في الفيزياء النظرية الأصل التطوري والكتلة القصوى للثقوب السوداء التي تم اكتشافها من خلال اكتشاف موجات الجاذبية.

أظهر الاكتشاف المثير لموجات الجاذبية باستخدام LIGO (مرصد مقياس التداخل بالليزر لموجة الجاذبية) و VIRGO (هوائي موجة الجاذبية التداخلية من برج العذراء) وجود ثقوب سوداء مدمجة في أنظمة ثنائية قريبة.

تم قياس كتل الثقوب السوداء المرصودة قبل الاندماج وتبين أن كتلتها أكبر بكثير مما كان متوقعًا في السابق تبلغ حوالي 10 أضعاف كتلة الشمس (الكتلة الشمسية). في أحد هذه الأحداث ، GW170729 ، كانت الكتلة المرصودة للثقب الأسود قبل الاندماج في الواقع كبيرة مثل حوالي 50 كتلة شمسية. لكن ليس من الواضح ما هي النجوم التي يمكن أن تشكل مثل هذا الثقب الأسود الهائل ، أو ما هو الحجم الأقصى للثقوب السوداء المرصودة بواسطة كاشفات موجات الجاذبية.

للإجابة على هذا السؤال ، قام فريق بحث في معهد كافلي للفيزياء والرياضيات في الكون (Kavli IPMU) يتألف من باحث المشروع شينغ تشي ليونغ (حاليًا في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا) ، وكبير العلماء كينيتشي نوموتو ، و حقق كبير العلماء الزائرين سيرجي بلينكوف (الأستاذ في معهد الفيزياء النظرية والتجريبية في موسو) المرحلة الأخيرة من تطور النجوم الضخمة جدًا ، ولا سيما 80 إلى 130 نجمًا من الكتلة الشمسية في أنظمة ثنائية قريبة.

عملية تطور المستعر الأعظم النبضي الزوجي غير المستقر. الائتمان: Shing-Chi Leung et al.

في الأنظمة الثنائية القريبة ، في البداية ما بين 80 إلى 130 نجم كتلة شمسية تفقد غلافها الغني بالهيدروجين وتصبح نجوم هيليوم من 40 إلى 65 كتلة شمسية. عندما تشكل نجوم الكتلة الشمسية الأولية نوىًا غنية بالأكسجين ، تخضع النجوم لنبض ديناميكي لأن درجة الحرارة في باطن النجم تصبح عالية بما يكفي لتحويل الفوتونات إلى أزواج من الإلكترون والبوزيترون. مثل هذا "تكوين الأزواج" يجعل القلب غير مستقر ويسرع الانكماش إلى الانهيار.

في النجم المضغوط ، يحترق الأكسجين بشكل متفجر. هذا يؤدي إلى انهيار ثم توسع سريع للنجم. يتم إخراج جزء من الطبقة الخارجية النجمية ، بينما يبرد الجزء الداخلي وينهار مرة أخرى. يتكرر النبض (الانهيار والتمدد) حتى يتم استنفاد الأكسجين. تسمى هذه العملية عدم الاستقرار النبضي الزوجي (PPI). يشكل النجم قلبًا حديديًا وينهار أخيرًا في ثقب أسود ، مما قد يؤدي إلى انفجار المستعر الأعظم ، المعروف باسم PPI-supernova (PPISN).

من خلال حساب العديد من هذه النبضات والانبعاثات الكتلية المرتبطة بها حتى ينهار النجم لتشكيل ثقب أسود ، وجد الفريق أن الكتلة القصوى للثقب الأسود المتكون من مستعر أعظم نابض بزوج غير مستقر هو 52 كتلة شمسية.

  • يُظهر الخط الأحمر التطور الزمني لدرجة الحرارة والكثافة في مركز نجم الكتلة الشمسية البالغ 120 في البداية (PPISN: مستعر أعظم نابض ثنائي غير مستقر). تظهر الأسهم اتجاه الوقت. ينبض النجم (أي الانكماش والتوسع مرتين) عن طريق الارتداد عند # 1 و # 2 ، ثم ينهار أخيرًا على طول خط مشابه لنجم كتلة شمسية 25 (خط أزرق رفيع: CCSN (مستعر أعظم ينهار النواة)). يُظهر الخط الأزرق السميك الانكماش والتوسع النهائي لنجم الكتلة الشمسية البالغ 200 والذي تم تعطيله تمامًا مع عدم ترك ثقب أسود خلفه (PISN: مستعر أعظم ثنائي غير مستقر). المنطقة العلوية اليسرى المحاطة بالخط الأسود الصلب هي المنطقة التي يكون فيها النجم غير مستقر ديناميكيًا. الائتمان: Shing-Chi Leung et al.
  • يُظهر الخط الأحمر (الذي يربط نقاط المحاكاة الحمراء) كتلة الثقب الأسود المتبقي بعد المستعر الأعظم النابض لعدم الاستقرار الزوجي (PPISN) مقابل الكتلة النجمية الأولية. توضح الخطوط المتقطعة باللونين الأحمر والأسود كتلة نواة الهيليوم المتبقية في النظام الثنائي. الخط الأحمر أقل من الخط المتقطع لأن مقدارًا من الكتلة يُفقد من القلب بفقد الكتلة النبضية. (المستعر الأعظم غير المستقر للزوج ، PISN ، ينفجر تمامًا مع عدم وجود أي بقايا). تعطي ذروة الخط الأحمر أقصى كتلة للثقب الأسود ، وهي 52 كتلة شمسية ، يمكن ملاحظتها بواسطة موجات الجاذبية. الائتمان: Shing-Chi Leung et al.
  • كتل زوج من الثقوب السوداء (يُشار إليها بنفس اللون) ينتج عن اندماجهما موجات جاذبية (GW) تم اكتشافها بواسطة LIGO و VIRGO المتقدمين (تشير أسماء حدث الاندماج GW150914 إلى GW170823 إلى عام-شهر-يوم). الصندوق المُحاط بكتلة شمسية 38-52 هو النطاق الكتلي المتبقي الذي تنتجه PPISNe. يجب أن يكون أصل كتل الثقب الأسود المتساقطة داخل هذا الصندوق هو PPISN قبل الانهيار. أقل من 38 كتلة شمسية هو الثقب الأسود الذي شكله نجم هائل يخضع لـ CCSN. بالإضافة إلى GW170729 ، GW170823 مرشح لـ PPISN في جانب الحد الأدنى للكتلة. الائتمان: Shing-Chi Leung et al.

النجوم التي تزيد كتلتها عن 130 كتلة شمسية في البداية (والتي تشكل نجومًا هيليوم أكبر كتلة من 65 كتلة شمسية) تخضع لعملية المستعر الأعظم الزوجي غير المستقرة بسبب احتراق الأكسجين المتفجر ، والذي يعطل النجم تمامًا بدون أي بقايا للثقب الأسود. تنهار النجوم التي تزيد كتلتها عن 300 كتلة شمسية وقد تشكل ثقبًا أسودًا أكبر كتلة من حوالي 150 كتلة شمسية.

تتنبأ النتائج المذكورة أعلاه بوجود "فجوة كتلة" في كتلة الثقب الأسود بين 52 و 150 كتلة شمسية. تشير النتائج إلى أن الثقب الأسود ذي الكتلة الشمسية الخمسين في GW170729 هو على الأرجح بقايا مستعر أعظم نابض ثنائي غير مستقر.

تتنبأ النتيجة أيضًا أن الوسط النجمي الهائل يتكون من فقدان الكتلة النبضي ، بحيث يؤدي انفجار المستعر الأعظم المرتبط بتكوين الثقب الأسود إلى تصادم المادة المقذوفة مع المادة النجمية لتصبح سوبر نوفا فائقة الإضاءة. ستوفر إشارات الموجات الثقالية المستقبلية أساسًا سيتم على أساسه اختبار تنبؤاتها النظرية.


كيف يدمر مستعر أعظم نجمًا تمامًا؟

اقرأ الإجابة الكاملة هنا. بالمقابل ، ماذا يحدث للنجم خلال المستعر الأعظم؟

هذا الانفجار يحدث لأن مركز أو جوهر نجمة ينهار في أقل من ثانية. الطبقات الخارجية من نجمة في الانفجار ، تاركًا جوهر الانكماش نجمة بعد سوبرنوفا. موجات الصدمة والمواد التي تتطاير من سوبرنوفا يمكن أن يسبب تشكيل جديد النجوم.

بجانب ما ورد أعلاه ، هل يمكن للمستعر الأعظم أن يدمر كوكبًا؟ المخاطرة سوبرنوفا النوع على الرغم من أنه سيكون من المذهل النظر إليها ، فهل كانت هذه "متوقعة" المستعرات الأعظمية حتى تحدث ، يُعتقد أن احتمال تأثيرها ضئيل على الأرض. تشير التقديرات إلى أن النوع الثاني سوبرنوفا أقرب من ثمانية فرسخ فلكي (26 سنة ضوئية) هدم أكثر من نصف طبقة الأوزون على الأرض.

سئل أيضا ، هل سوبرنوفا عندما يموت نجم؟

ولكن مع المقدار الصحيح من الكتلة ، أ نجمة يمكن أن تحترق في انفجار ناري. أ نجمة يمكنه الذهاب سوبرنوفا بإحدى طريقتين: النوع الأول سوبرنوفا: نجمة تتراكم المادة من جار قريب حتى يشتعل رد فعل نووي جامح. النوع الثاني سوبرنوفا: نجمة ينفد من الوقود النووي وينهار تحت جاذبيته.

ماذا يسمى عندما يحترق النجم؟

عندما نجمة مثل الشمس تموت ، فإنها تلقي بطبقاتها الخارجية في الفضاء ، تاركة قلبها الساخن الكثيف ليبرد على مر العصور. لكن بعض الأنواع الأخرى من ملفات النجوم تنتهي بانفجارات تيتانيك ، اتصل المستعرات الأعظمية. يمكن للمستعر الأعظم أن يلمع بشكل ساطع مثل مجرة ​​بأكملها من مليارات "طبيعية" النجوم.


شاهد الفيديو: السوبرنوفا. المستعر الأعظم (يونيو 2022).


تعليقات:

  1. Koa

    في بروتين كلمة واحدة

  2. Hebron

    فكرة متعاطفة

  3. Elazar

    أعتقد، أنك لست على حق. اكتب لي في رئيس الوزراء ، سوف نتحدث.

  4. Dempsey

    في رأيي ، إنه مخطئ. أنا متأكد. أنا قادر على إثبات ذلك.

  5. Jubal

    هدء من روعك!



اكتب رسالة