تويت
دخل النجم الأحمر المشرق، منكب الجوزاء، في كوكبة أريون، مرحلة الشفق.
مثل العديد من النجوم ذات الحجم المماثل التي تصل إلى آخر الطريق، يلقي منكب الجوزاء ببطء لفائفه القاتلة ويتخلص من كتلته في الفضاء.
هذه المرحلة من موت النجوم شائعة للغاية في الكون، بعد حوالي 5 مليار سنة، عندما ستبدأ الشمس في الموت، فإنها أيضًا سوف تصبح (عملاق احمر).
سوف تلقي الشمس عند موتها الكثير من كتلتها في الفضاء الخارجي وسيتضخم حجهما إلى حجم عملاقٍ أحمر وستبدأ بابتلاع عطارد، الزهرة والأرض.
لكن أظهرت الملاحظات الجديدة لمنكب الجوزاء أن العلماء لم يستطيعوا شرح الإخراج الهائل للمادة من قبل العملاق الأحمر.
حسب قول غراهام هاربر، عالم الفيزياء الفلكية وكبير الباحثين في جامعة كولورادو، بولدر {في خلال المليون السنة القادمة، إذا عاش منكب الجوزاء إلى ذاك الحين، سوف يلقي حوالي ربع كتلته الحالية، والمشكلة أننا لم نفهم الأساسيات الفيزيائية عن كيفية حدوث مثل هذا الشيء}.
ويمكن القول أن {هذه مشكلة فلكية كبيرة}.
في وقتٍ سابق من هذا الشهر، في الجلسة 227 للجمعية الفلكية الأمريكية (آس)، قدم هاربر ملاحظات جديدة عن منكب الجوزاء والتي زادت كما يبدو من تعقيد شرح كيفية تخلص العملاق الأحمر من كتلته.
وتظهر النتائج ان الغاز الخارج عن النجم أكثر برودةً مما كان متوقعا، وحتى الآن، لا يمكن للعلماء التوصل إلى آلية يمكن من خلالها إخراج هذا الحجم من كتلة النجم وتوليد هذا القدر الضعيف من الحرارة.
إنها مشكلة موازنة الطاقة الداخلة والطاقة الخارجة وإلى الآن فإن الأرقام لم تتطابق.
مرصد طائر:
أداة صوفيا التابعة لوكالة ناسا ليست تلسكوبًا فضائيًا ولا تلسكوبًا أرضيًا.
بدلا من ذلك، هو تليسكوب على متن طائرة.
المرصد الفلكي الذي يستطيع الطيران 45,000 قدم يتفوق في بعض المزايا على التلسكوبات الأرضية والفضائية.
في مثل هذا الارتفاع، يكون المرصد صوفيا تقريبا فوق الغلاف الجوي، وهو أمرٌ مفيد لأن دارسة الكون من خلال طبقات الغلاف الجوي الواقية أقرب أن تكون مثل لبس النظارات الطبية الخاطئة أو وضع زجاج أمامي لسيارة يتضرر مع المطر.
(قد لا يكون هذا التشويه واضحا للعين البشرية، ولكنه يوثر على مستوى الدقة التي يسعى إليها الفلكيون).
يكون التشوه أكثر سوءً عند دراسة ضوء الاشعة تحت الحمراء تحديدًا.
وهو ما أراد هاربر وزملاءه أن يجمعوه من الطبقات الخارجية من منكب الجوزاء (وقد تضخم النجم الآن إلى درجة أنه إذا تم وضعها في النظام الشمسي للأرض، فإنه سيمتد إلى مدار كوكب المشتري، وفقا لوكالة ناسا).
لا يوجد مرصد فضائي يجمع الاطوال الموجية للضوء التي كانوا يريدونها تحديدًا، وجمع البيانات عن طريق صوفيا ليس فقط أسرع وانما أرخص بكثير من إطلاق شيء الى الفضاء.
وبالإضافة الى ذلك يمكن للعلماء حزم أدوات وتقنيات جديدة على متن صوفيا مع كل رحلة.
ذلك هذا بالضبط ما فعله غراهام وزملاؤه، قاموا بتجهيز كاشف مخصص الصنع على صوفيا للنظر في منكب الجوزاء بطريقةٍ لم يتم القيام بها من قبل، وكانت نتائجها مفاجئةً على الفور.
النجم باردٌ بشكلٍ مفاجئ:
في أواخر الثمانينيات من القرن التاسع عشر، توصل العلماء إلى شرح سبب تكون العملاق الأحمر والعملاق الأحمر الضخم مثل منكب الجوزاء، والقاء كتلتهم الى الفضاء.
النظرية افترضت ان معظم الطاقة يتم إنشاءها بواسطة مجالات مغناطيسية والتي بدورها تدفع الغاز المشحون كهربائيًا (البلازما) إلى الفضاء الخارجي.
نشاط الحقول المغناطيسية في الشمس يمكن أن يطلق انفجارات هائلة جدًا، وتتحرك حول المواد الساخنة المتوهجة على السطح.
وقال هاربر أن نظرية العملاق الأحمر الضخم استندت إلى ما يعرفه العلماء حول المجالات المغناطيسية في الشمس.
وقال غراهام بعد وضع هذه النظرية (الجميع حصل على قسطٍ من الراحة).
وانتهى ذلك في عام 1997، عندما قررت مجموعة من العلماء التدقيق في منكب الجوزاء باستخدام مرصد كبير جدًّا (فلا)، وهو مرصدٌ إذاعيٌّ ضخم في نيو مكسيكو.
سمحت الملاحظات عالية الدقة الجديدة للباحثين أن ينظروا بقرب في طبقات المواد التي تخرج من منكب الجوزاء، وقياس درجة الحرارة فيه.
ووجدوا أنها لا تمثل سوى ثلث ما تنبأ به نموذج المجال المغناطيسي.
الحرارة هي منتج ثانوي مشترك عندما يتم تبادل الطاقة، بالنظر كيف أن الاحتكاك يمكن أن يجعل يديك دافئةً عندما تفركهما معا، أو كيف ترتفع درجة حرارة الكمبيوتر أثناء تشغيله.
عندما تصطدم الكائنات، فإنها من الممكن أيضا أن تولِّد الحرارة.
وتوقعت نظرية المجال المغناطيسي للعملاق الأحمر أن الطاقة التي تدفع الغاز إلى الخارج سوف تسخنه أيضًا، ولكن الملاحظات أظهرت أن الحال ليس كذلك.
وقال غراهام: “إن الفيزياء الأساسية كانت متأخرة بهذا الصدد”، فإذا كنت تريد التخلص من المواد وإخراجها، فعليك أن تضع الطاقة أولًا وكما يبدو أن هذه الطاقة لا تسخن البلازما على الإطلاق.
يبحث هاربر وزملاؤه عن إجاباتٍ لمعضلة العملاق الأحمر.
ولكن ملاحظاتهم الأخيرة على منكب الجوزاء من صوفيا بإرفاق بعض البيانات التكميلية من ناسا (مرقب تلسكوب الأشعة تحت الحمراء) (إرتف) على ماونا كي في هاواي – يبدو أنه يُعَقِّد المشكلة أكثر فأكثر.
لاحظ كاشف الأشعة تحت الحمراء على متن صوفيا درجات حرارة أكثر برودةً من تلك الموجودة في الدراسة (فلا).
وقال غراهام (لقد لاحظوا برودة أكثر بكثير مما كانوا يعتبرون أنه باردٌ أصلا).
وتتفق النتيجة مع الملاحظات على أن “هناك مواد أقل حرارة بكثير مما كنا نتوقعه”، استنادًا إلى نموذج المجال المغناطيسي.
وقال هاربر: “المجالات المغناطيسية منطقية جدا ولكننا لا نعرف كيف نجعلها تتصرف لنحصل على الاجابة الصحيحة”، مشيرًا إلى عجز العلماء الحالي عن التوصل إلى نموذج يطابق الملاحظات.
فما الآلية التي يمكن أن تضع الكثير من الطاقة في المواد ولكن لاتسخن هذه المواد؟
بالإضافة إلى المجالات المغناطيسية، يمكن أن يكون التفسير موجات الصدام، أو التخلص الكبير جدا من البلازما المطرودة من داخل النجم.
كل هذه الأمور يمكن أن تضيف شيء ما في محاولة شرح ما يلاحظه العلماء في نشاطات العملاق الأحمر.
وقال هاربر (لذلك قد يكون الأمر مزيجًا من كل هذه النظريات وأنها تخدعنا بطريقة ما بشكلٍ سيء للغاية).
كما حذر من أن نتائج رحلة طيران صوفيا لم تتكرر بعد.
ويخطط الفريق لرحلة أخرى لهذا العام للتحقق من نتائج صوفيا الأولية.
وبمجرد يتم التحقق من النتائج ونشرها، سيكون العلماء المنظرين في صارع نظريات محاولين إيجاد حل.
قال هاربر (هناك بعض المنظرين يعملون بجد كبير في محاولة إيجاد حل).
هناك طرق أخرى يمكن للعلماء محاولة عملها لحل هذه المشكلة، بما في ذلك دراسة آخر عملاق أحمر ضخم حديث العهد، أنتاريس.
وبالإضافة إلى ذلك، قال هاربر أنه يرغب في مراقبة بيتلجيوس و أنتاريس باستخدام مرقب مصفوفة أتاكما ملليمتر / سوبليميتر (ألما)، في تشيلي.
حيث أن (ألما) يقع على ارتفاع (5000 متر) فوق سطح البحر، وبهذا يمكن تجنب الكثير من تشوهات الغلاف الجوي.
قال هاربر (عندما يعمل المرصد بكامل الهوائيات (66 هوائية) سيسمح لعلماء الفلك بالتعمق أكثر في طبقات منكب الجوزاء، وحتى الاقتراب من سطح النجم، وهناك قد يجدوا دليل عما قد يدفع النجم إلى إلقاء كتلته الى الخارج).
وقال هاربر: (كفيزيائي، أنا مهتمٌّ فعلًا بمحاولة فهم هذا الأمر بكل أساسياته حتى نتمكن من تطبيقه على العديد من الأشياء الأخرى).
في مرحلةٍ ما في السنوات المليون القادمة، من المتوقع أن يتبع مسار العديد من العمالقة الحمر قبل ذلك، وتنفجر في انفجار نجمي (سوبر نوفا).
من الأرض، قد يبدو الأمر مشرقًا تمامًا كما ليلة اكتمال القمر.
هذا الانفجار النجمي يمكن أن يحدث غدًا، ولكن بقليل من الحظ، سيكون لدى العلماء ما يكفي من الوقت لتفسير الحالة الغربية لنجمٍ أحمر عملاق بارد.
مثل العديد من النجوم ذات الحجم المماثل التي تصل إلى آخر الطريق، يلقي منكب الجوزاء ببطء لفائفه القاتلة ويتخلص من كتلته في الفضاء.
هذه المرحلة من موت النجوم شائعة للغاية في الكون، بعد حوالي 5 مليار سنة، عندما ستبدأ الشمس في الموت، فإنها أيضًا سوف تصبح (عملاق احمر).
سوف تلقي الشمس عند موتها الكثير من كتلتها في الفضاء الخارجي وسيتضخم حجهما إلى حجم عملاقٍ أحمر وستبدأ بابتلاع عطارد، الزهرة والأرض.
لكن أظهرت الملاحظات الجديدة لمنكب الجوزاء أن العلماء لم يستطيعوا شرح الإخراج الهائل للمادة من قبل العملاق الأحمر.
حسب قول غراهام هاربر، عالم الفيزياء الفلكية وكبير الباحثين في جامعة كولورادو، بولدر {في خلال المليون السنة القادمة، إذا عاش منكب الجوزاء إلى ذاك الحين، سوف يلقي حوالي ربع كتلته الحالية، والمشكلة أننا لم نفهم الأساسيات الفيزيائية عن كيفية حدوث مثل هذا الشيء}.
ويمكن القول أن {هذه مشكلة فلكية كبيرة}.
في وقتٍ سابق من هذا الشهر، في الجلسة 227 للجمعية الفلكية الأمريكية (آس)، قدم هاربر ملاحظات جديدة عن منكب الجوزاء والتي زادت كما يبدو من تعقيد شرح كيفية تخلص العملاق الأحمر من كتلته.
وتظهر النتائج ان الغاز الخارج عن النجم أكثر برودةً مما كان متوقعا، وحتى الآن، لا يمكن للعلماء التوصل إلى آلية يمكن من خلالها إخراج هذا الحجم من كتلة النجم وتوليد هذا القدر الضعيف من الحرارة.
إنها مشكلة موازنة الطاقة الداخلة والطاقة الخارجة وإلى الآن فإن الأرقام لم تتطابق.
مرصد طائر:
أداة صوفيا التابعة لوكالة ناسا ليست تلسكوبًا فضائيًا ولا تلسكوبًا أرضيًا.
بدلا من ذلك، هو تليسكوب على متن طائرة.
المرصد الفلكي الذي يستطيع الطيران 45,000 قدم يتفوق في بعض المزايا على التلسكوبات الأرضية والفضائية.
في مثل هذا الارتفاع، يكون المرصد صوفيا تقريبا فوق الغلاف الجوي، وهو أمرٌ مفيد لأن دارسة الكون من خلال طبقات الغلاف الجوي الواقية أقرب أن تكون مثل لبس النظارات الطبية الخاطئة أو وضع زجاج أمامي لسيارة يتضرر مع المطر.
(قد لا يكون هذا التشويه واضحا للعين البشرية، ولكنه يوثر على مستوى الدقة التي يسعى إليها الفلكيون).
يكون التشوه أكثر سوءً عند دراسة ضوء الاشعة تحت الحمراء تحديدًا.
وهو ما أراد هاربر وزملاءه أن يجمعوه من الطبقات الخارجية من منكب الجوزاء (وقد تضخم النجم الآن إلى درجة أنه إذا تم وضعها في النظام الشمسي للأرض، فإنه سيمتد إلى مدار كوكب المشتري، وفقا لوكالة ناسا).
لا يوجد مرصد فضائي يجمع الاطوال الموجية للضوء التي كانوا يريدونها تحديدًا، وجمع البيانات عن طريق صوفيا ليس فقط أسرع وانما أرخص بكثير من إطلاق شيء الى الفضاء.
وبالإضافة الى ذلك يمكن للعلماء حزم أدوات وتقنيات جديدة على متن صوفيا مع كل رحلة.
ذلك هذا بالضبط ما فعله غراهام وزملاؤه، قاموا بتجهيز كاشف مخصص الصنع على صوفيا للنظر في منكب الجوزاء بطريقةٍ لم يتم القيام بها من قبل، وكانت نتائجها مفاجئةً على الفور.
النجم باردٌ بشكلٍ مفاجئ:
في أواخر الثمانينيات من القرن التاسع عشر، توصل العلماء إلى شرح سبب تكون العملاق الأحمر والعملاق الأحمر الضخم مثل منكب الجوزاء، والقاء كتلتهم الى الفضاء.
النظرية افترضت ان معظم الطاقة يتم إنشاءها بواسطة مجالات مغناطيسية والتي بدورها تدفع الغاز المشحون كهربائيًا (البلازما) إلى الفضاء الخارجي.
نشاط الحقول المغناطيسية في الشمس يمكن أن يطلق انفجارات هائلة جدًا، وتتحرك حول المواد الساخنة المتوهجة على السطح.
وقال هاربر أن نظرية العملاق الأحمر الضخم استندت إلى ما يعرفه العلماء حول المجالات المغناطيسية في الشمس.
وقال غراهام بعد وضع هذه النظرية (الجميع حصل على قسطٍ من الراحة).
وانتهى ذلك في عام 1997، عندما قررت مجموعة من العلماء التدقيق في منكب الجوزاء باستخدام مرصد كبير جدًّا (فلا)، وهو مرصدٌ إذاعيٌّ ضخم في نيو مكسيكو.
سمحت الملاحظات عالية الدقة الجديدة للباحثين أن ينظروا بقرب في طبقات المواد التي تخرج من منكب الجوزاء، وقياس درجة الحرارة فيه.
ووجدوا أنها لا تمثل سوى ثلث ما تنبأ به نموذج المجال المغناطيسي.
الحرارة هي منتج ثانوي مشترك عندما يتم تبادل الطاقة، بالنظر كيف أن الاحتكاك يمكن أن يجعل يديك دافئةً عندما تفركهما معا، أو كيف ترتفع درجة حرارة الكمبيوتر أثناء تشغيله.
عندما تصطدم الكائنات، فإنها من الممكن أيضا أن تولِّد الحرارة.
وتوقعت نظرية المجال المغناطيسي للعملاق الأحمر أن الطاقة التي تدفع الغاز إلى الخارج سوف تسخنه أيضًا، ولكن الملاحظات أظهرت أن الحال ليس كذلك.
وقال غراهام: “إن الفيزياء الأساسية كانت متأخرة بهذا الصدد”، فإذا كنت تريد التخلص من المواد وإخراجها، فعليك أن تضع الطاقة أولًا وكما يبدو أن هذه الطاقة لا تسخن البلازما على الإطلاق.
يبحث هاربر وزملاؤه عن إجاباتٍ لمعضلة العملاق الأحمر.
ولكن ملاحظاتهم الأخيرة على منكب الجوزاء من صوفيا بإرفاق بعض البيانات التكميلية من ناسا (مرقب تلسكوب الأشعة تحت الحمراء) (إرتف) على ماونا كي في هاواي – يبدو أنه يُعَقِّد المشكلة أكثر فأكثر.
لاحظ كاشف الأشعة تحت الحمراء على متن صوفيا درجات حرارة أكثر برودةً من تلك الموجودة في الدراسة (فلا).
وقال غراهام (لقد لاحظوا برودة أكثر بكثير مما كانوا يعتبرون أنه باردٌ أصلا).
وتتفق النتيجة مع الملاحظات على أن “هناك مواد أقل حرارة بكثير مما كنا نتوقعه”، استنادًا إلى نموذج المجال المغناطيسي.
وقال هاربر: “المجالات المغناطيسية منطقية جدا ولكننا لا نعرف كيف نجعلها تتصرف لنحصل على الاجابة الصحيحة”، مشيرًا إلى عجز العلماء الحالي عن التوصل إلى نموذج يطابق الملاحظات.
فما الآلية التي يمكن أن تضع الكثير من الطاقة في المواد ولكن لاتسخن هذه المواد؟
بالإضافة إلى المجالات المغناطيسية، يمكن أن يكون التفسير موجات الصدام، أو التخلص الكبير جدا من البلازما المطرودة من داخل النجم.
كل هذه الأمور يمكن أن تضيف شيء ما في محاولة شرح ما يلاحظه العلماء في نشاطات العملاق الأحمر.
وقال هاربر (لذلك قد يكون الأمر مزيجًا من كل هذه النظريات وأنها تخدعنا بطريقة ما بشكلٍ سيء للغاية).
كما حذر من أن نتائج رحلة طيران صوفيا لم تتكرر بعد.
ويخطط الفريق لرحلة أخرى لهذا العام للتحقق من نتائج صوفيا الأولية.
وبمجرد يتم التحقق من النتائج ونشرها، سيكون العلماء المنظرين في صارع نظريات محاولين إيجاد حل.
قال هاربر (هناك بعض المنظرين يعملون بجد كبير في محاولة إيجاد حل).
هناك طرق أخرى يمكن للعلماء محاولة عملها لحل هذه المشكلة، بما في ذلك دراسة آخر عملاق أحمر ضخم حديث العهد، أنتاريس.
وبالإضافة إلى ذلك، قال هاربر أنه يرغب في مراقبة بيتلجيوس و أنتاريس باستخدام مرقب مصفوفة أتاكما ملليمتر / سوبليميتر (ألما)، في تشيلي.
حيث أن (ألما) يقع على ارتفاع (5000 متر) فوق سطح البحر، وبهذا يمكن تجنب الكثير من تشوهات الغلاف الجوي.
قال هاربر (عندما يعمل المرصد بكامل الهوائيات (66 هوائية) سيسمح لعلماء الفلك بالتعمق أكثر في طبقات منكب الجوزاء، وحتى الاقتراب من سطح النجم، وهناك قد يجدوا دليل عما قد يدفع النجم إلى إلقاء كتلته الى الخارج).
وقال هاربر: (كفيزيائي، أنا مهتمٌّ فعلًا بمحاولة فهم هذا الأمر بكل أساسياته حتى نتمكن من تطبيقه على العديد من الأشياء الأخرى).
في مرحلةٍ ما في السنوات المليون القادمة، من المتوقع أن يتبع مسار العديد من العمالقة الحمر قبل ذلك، وتنفجر في انفجار نجمي (سوبر نوفا).
من الأرض، قد يبدو الأمر مشرقًا تمامًا كما ليلة اكتمال القمر.
هذا الانفجار النجمي يمكن أن يحدث غدًا، ولكن بقليل من الحظ، سيكون لدى العلماء ما يكفي من الوقت لتفسير الحالة الغربية لنجمٍ أحمر عملاق بارد.