نجوم الزومبي في قلب مجرة ​​درب التبانة تتحدى الزمن

بحث جديد يتتبع مصير النجوم التي تعيش بالقرب من الكوكب درب التبانةالمركزية الثقب الأسود.

على الرغم من عمرها القديم، فإن بعض النجوم التي تدور حول الثقب الأسود المركزي الهائل في مجرة ​​درب التبانة تبدو شابة بشكل خادع. ولكن على عكس البشر، الذين قد يبدو أنهم متجددون بعد جولة جديدة من حقن الكولاجين، تبدو هذه النجوم شابة لسبب أكثر قتامة.

أكلوا جيرانهم.

هذه مجرد واحدة من النتائج الأكثر غرابة من الجديد جامعة نورث وسترن بحث. باستخدام نموذج جديد، تتبع علماء الفيزياء الفلكية الرحلات العنيفة لـ 1000 نجم محاكاة تدور حول الثقب الأسود المركزي الهائل في مجرتنا، Sagittarius A* (Sgr A*).

نظرًا لاكتظاظها بالنجوم، تشهد المنطقة عادةً تصادمات نجمية وحشية. من خلال محاكاة تأثيرات هذه الاصطدامات الشديدة، وجد العمل الجديد أن الناجين من الاصطدام يمكن أن يفقدوا كتلتهم ليصبحوا نجومًا مجردة ومنخفضة الكتلة أو يمكن أن يندمجوا مع نجوم أخرى لتصبح ضخمة ومتجددة المظهر.

وقالت سانيا سي روز، من جامعة نورثويسترن، والتي قادت البحث: “إن المنطقة المحيطة بالثقب الأسود المركزي كثيفة حيث تتحرك النجوم بسرعات عالية للغاية”. “إنه يشبه إلى حد ما الركض عبر محطة مترو أنفاق مزدحمة بشكل لا يصدق في مدينة نيويورك خلال ساعة الذروة. إذا كنت لا تصطدم بأشخاص آخرين، فأنت تمر بالقرب منهم. بالنسبة للنجوم، لا تزال هذه الاصطدامات القريبة تتسبب في تفاعلها مع الجاذبية. أردنا استكشاف ما تعنيه هذه التصادمات والتفاعلات بالنسبة للنجوم وتوصيف نتائجها.

يُظهر هذا الرسم التوضيحي مدارات النجوم القريبة جدًا من Sagittarius A*، وهو ثقب أسود هائل في قلب مجرة ​​درب التبانة. المصدر: ESO / L. Calçada / Spaceengine.org

قدمت روز هذا البحث اليوم (4 أبريل) في اجتماع أبريل للجمعية الفيزيائية الأمريكية (APS) في سكرامنتو، كاليفورنيا. “التصادمات النجمية في مركز المجرة” كانت جزءًا من جلسة “فيزياء الجسيمات الفلكية ومركز المجرة”.

روز هو زميل ليندهايمر لما بعد الدكتوراه في مركز نورث وسترن للاستكشاف والأبحاث متعددة التخصصات في الفيزياء الفلكية (CIERA). بدأت هذا العمل كدكتوراه. المرشح في جامعة كاليفورنياحيث نصحتها عالمة الفيزياء الفلكية وزميلة ما بعد الدكتوراه السابقة في جامعة نورث وسترن سمادار ناوز.

متجهة إلى الاصطدام

إن مركز مجرتنا درب التبانة هو مكان غريب وبرّي. تعمل قوة الجاذبية للقوس A* على تسريع دوران النجوم حول مداراتها بسرعات مرعبة. والعدد الهائل من النجوم المكتظة في مركز المجرة يصل إلى مليون نجم. المجموعة المزدحمة بكثافة بالإضافة إلى السرعات الفائقة تساوي ديربي الهدم عالي السرعة. وفي المنطقة الأعمق – ضمن مسافة 0.1 فرسخ فلكي من الثقب الأسود – يفلت عدد قليل من النجوم دون أن يصاب بأذى.

وأوضح روز: “أقرب نجم إلى شمسنا يبعد حوالي أربع سنوات ضوئية”. “وضمن نفس المسافة بالقرب من الثقب الأسود الهائل، يوجد أكثر من مليون نجم. إنه حي مزدحم بشكل لا يصدق. علاوة على ذلك، يتمتع الثقب الأسود الهائل بجاذبية قوية حقًا. وأثناء دورانها حول الثقب الأسود، يمكن للنجوم أن تتحرك بسرعة آلاف الكيلومترات في الثانية.

وفي هذا الحي الضيق المحموم، يمكن للنجوم أن تصطدم بنجوم أخرى. وكلما اقتربت النجوم من الثقب الأسود الهائل، تزداد احتمالية الاصطدام بها. وبسبب فضولها تجاه نتائج هذه الاصطدامات، طورت روز ومعاونوها محاكاة لتتبع مصائر المجموعات النجمية في مركز المجرة. تأخذ المحاكاة في الاعتبار عدة عوامل: كثافة الكتلة النجمية، وكتلة النجوم، وسرعة المدار، والجاذبية، والمسافات من القوس A*.

من “الخمسات العالية العنيفة” إلى إجمالي عمليات الدمج

في بحثها، حددت روز عاملًا واحدًا من المرجح أن يحدد مصير النجم: بعده عن الثقب الأسود الهائل.

وعلى بعد 0.01 فرسخ فلكي من الثقب الأسود، تصطدم النجوم – التي تتحرك بسرعات تصل إلى آلاف الكيلومترات في الثانية – ببعضها البعض باستمرار. نادرًا ما يكون هذا تصادمًا مباشرًا، بل هو أشبه بـ “الضربة القاضية العنيفة”، كما يصفها روز. التأثيرات ليست قوية بما يكفي لتحطيم النجوم بالكامل. وبدلاً من ذلك، تتخلص من طبقاتها الخارجية وتستمر في السرعة على طول مسار الاصطدام.

قال روز: “إنهم يصطدمون ببعضهم البعض ويستمرون”. “إنهم يرعون بعضهم البعض كما لو أنهم يتبادلون الضربات العنيفة للغاية. يؤدي هذا إلى قيام النجوم بإخراج بعض المواد وفقدان طبقاتها الخارجية. اعتمادًا على مدى سرعة تحركها ومدى تداخلها عند اصطدامها، فإنها قد تفقد جزءًا كبيرًا من طبقاتها الخارجية. تؤدي هذه الاصطدامات المدمرة إلى ظهور مجموعة من النجوم الغريبة ومنخفضة الكتلة.

وبعيدًا عن 0.01 فرسخ فلكي، تتحرك النجوم بوتيرة أكثر استرخاءً – مئات الكيلومترات في الثانية بدلاً من الآلاف. وبسبب السرعات البطيئة، تصطدم هذه النجوم ببعضها البعض ولكن بعد ذلك لا يكون لديها ما يكفي من الطاقة للهروب. وبدلا من ذلك، فإنها تندمج لتصبح أكثر ضخامة. وفي بعض الحالات، قد تندمجان عدة مرات لتصبحا أكبر بعشر مرات من شمسنا.

قال روز: “بعض النجوم يفوزون في يانصيب التصادم”. “من خلال الاصطدامات والاندماجات، تجمع هذه النجوم المزيد من الهيدروجين. على الرغم من أنهم تم تشكيلهم من كبار السن، إلا أنهم يتنكرون كنجوم متجددة الشباب. إنهم مثل نجوم الزومبي. يأكلون جيرانهم».

لكن المظهر الشبابي يأتي على حساب متوسط ​​عمر متوقع أقصر.

قال روز: “إنهم يموتون بسرعة كبيرة”. “النجوم الضخمة تشبه السيارات العملاقة التي تستهلك كميات كبيرة من الوقود. إنهم يبدأون بكمية كبيرة من الهيدروجين، لكنهم يحترقون عبره بسرعة كبيرة جدًا.»

البيئة القاسية “لا مثيل لها”

على الرغم من أن روز تجد متعة بسيطة في دراسة المنطقة المتطرفة والغريبة بالقرب من مركز مجرتنا، إلا أن عملها يمكن أن يكشف أيضًا عن معلومات حول تاريخ درب التبانة. ونظرًا لصعوبة مراقبة المجموعة المركزية، فإن عمليات المحاكاة التي أجراها فريقها يمكن أن تسلط الضوء على العمليات الخفية.

قال روز: “إنها بيئة لا مثيل لها”. “النجوم، التي تقع تحت تأثير ثقب أسود هائل في منطقة مزدحمة للغاية، لا تشبه أي شيء سنراه على الإطلاق في جوارنا الشمسي. ولكن إذا تمكنا من التعرف على هذه التجمعات النجمية، فقد نتمكن من تعلم شيء جديد حول كيفية تجميع مركز المجرة. على أقل تقدير، فإنه يوفر بالتأكيد نقطة تناقض للحي الذي نعيش فيه.

تضمن عرض روز لوكالة الأنباء الأمريكية (APS) بحثًا نشرته ال رسائل مجلة الفيزياء الفلكية في مارس 2024 وبحلول ال مجلة الفيزياء الفلكية في سبتمبر 2023.

مراجع:

“التشكيل الاصطدامي لملامح كثافة العنقود النجمي النووي” بقلم سانيا سي. روز ومورجان ماكلويد، 22 فبراير 2024، رسائل مجلة الفيزياء الفلكية.
دوى: 10.3847/2041-8213/ad251f

“الاصطدامات النجمية في مركز المجرة: نجوم ضخمة، وبقايا اصطدامات، وعمالقة حمراء مفقودة” بقلم سناء سي. روز، وسمادار ناوز، وريم ساري، وإيتاي لينيال، 14 سبتمبر 2023، مجلة الفيزياء الفلكية.
دوى: 10.3847/1538-4357/acee75

تم دعم هذا العمل من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم (رقم المنحة AST 2206428) و ناسا (رقم المنحة 80NSSC20K050) وكذلك من زمالة تشارلز إي يونغ، وزمالة سنة الأطروحة في جامعة كاليفورنيا، وزمالة ثاشر، ومعهد بوميك، وزمالة CIERA Lindheimer.