منذ حوالي خمسين سنة ، توقع الفلكيون ما سيكون المصير النهائي لشمسنا. وفقًا للنظرية ، ستستنفد الشمس مليارات الهيدروجين من وقودها منذ سنوات من الآن وتتوسع لتصبح عملاقًا أحمر ، يليها التخلص من طبقاتها الخارجية وتصبح قزمًا أبيض. بعد بضع مليارات من السنين من التبريد ، سيتبلور الداخل ويصبح صلبًا.
حتى وقت قريب ، لم يكن لدى الفلكيين أدلة تذكر لدعم هذه النظرية. ولكن بفضل وكالة الفضاء الأوروبية مرصد غايا، أصبح الفلكيون الآن قادرين على مراقبة مئات الآلاف من النجوم القزمة البيضاء بدقة هائلة - قياس المسافة والسطوع واللون. وهذا بدوره سمح لهم بدراسة ما يحمله المستقبل لشمسنا عندما لم يعد النجم الأصفر الدافئ الذي نعرفه ونحبه اليوم.
ظهرت الدراسة التي تصف هذه النتائج مؤخرًا في المجلة طبيعة تحت عنوان "التبلور الأساسي والتراكم في تسلسل التبريد للأقزام البيضاء المتطورة." قاد الدراسة بيير إيمانويل تريمبلاي ، الأستاذ المساعد في جامعة وارويك ، وشمل العديد من الباحثين من مجموعة علم الفلك والفيزياء الفلكية في جامعة وارويك ، وجامعة مونتريال وجامعة نورث كارولينا.
عندما يتعلق الأمر بالتطور النجمي ، فقد سمحت عقود من الملاحظات جنبًا إلى جنب مع النماذج النظرية لعلماء الفلك باستنتاج ما سيحدث للنجم بناءً على تصنيفه. في حين أن النجوم الأكبر حجمًا (مثل العمالقة الزرقاء الفائقة) تذهب في نهاية المطاف إلى مستعر أعظم وتصبح نجومًا نيوترونية أو ثقوب سوداء ، فإن النجوم الأصغر مثل شمسنا سوف تتخلص من طبقاتها الخارجية لتصبح سدمًا كوكبية ، وتختتم في النهاية دورة حياتها كقزم أبيض.
تستمر هذه النجوم فائقة الكثافة في بث الإشعاع وهي تبرد ، وهي عملية تستغرق مليارات السنين. في نهاية المطاف ، سوف تكون التصميمات الداخلية باردة بما يكفي - حوالي 10 مليون درجة مئوية (50 مليون درجة فهرنهايت) - بحيث يؤدي الضغط الشديد الذي يمارس على قلوبهم إلى تبلور المواد هناك وتحولها إلى مادة صلبة. وتشير التقديرات إلى أن هذا سيكون مصير ما يصل إلى 97٪ من النجوم في مجرة درب التبانة ، بينما سيصبح الباقي نجومًا نيوترونية أو ثقوب سوداء.
بما أن الأقزام البيضاء هي من بين أقدم النجوم في الكون ، فهي مفيدة بشكل لا يصدق لعلماء الفلك. نظرًا لأن دورة حياتها متوقعة ، يتم استخدامها كـ "ساعات كونية" لتقدير عمر مجموعات النجوم المجاورة بدرجة عالية من الدقة. لكن تحديد ما يحدث للأقزام البيضاء في نهاية دورة حياتها كان صعبًا.
في السابق ، كان علماء الفلك محدودين عندما يتعلق الأمر بعدد الأقزام البيضاء التي يمكنهم دراستها. كل ذلك تغير مع نشر جايا، مرصد فضائي قضى السنوات القليلة الماضية في قياس مواقع ومسافات وحركات النجوم بدقة من أجل إنشاء كتالوج الفضاء الأكثر تفصيلاً على الإطلاق.
كما أشار Pier-Emmanuel Tremblay ، زميل منحة ERC * في المنحة ، في بيان صحفي حديث لوكالة الفضاء الأوروبية:
"في السابق ، كانت لدينا مسافات لمئات قليلة من الأقزام البيضاء وكان الكثير منهم في مجموعات ، حيث لديهم جميعًا نفس العمر. مع Gaia لدينا الآن المسافة والسطوع واللون لمئات الآلاف من الأقزام البيضاء لعينة كبيرة في القرص الخارجي لدرب التبانة ، تمتد عبر مجموعة من الكتل الأولية وجميع أنواع الأعمار. "
من أجل دراستهم ، استخدم الفلكيون بيانات Gaia لتحليل أكثر من 15000 مرشح من بقايا النجوم خلال 300 سنة ضوئية من الأرض. من هذه العينة ، تمكنوا من تحديد فائض في عدد النجوم (المعروف أيضًا باسم تراكم) التي تحتوي على ألوان وإضاءة محددة لا تتوافق مع أي كتلة أو عمر واحد.
يبدو أن هذا التراكم ، مقارنةً بالنماذج التطورية للنجوم ، يتزامن مع مرحلة النمو حيث تفقد النجوم الحرارة بكميات كبيرة. تؤدي هذه العملية إلى إبطاء عملية التبريد الطبيعية وتتسبب في توقف النجوم الميتة عن التعتيم ، مما يجعلها تظهر أصغر بمليار سنة مما هي عليه بالفعل.
وأوضح ترمبلي في بيان صحفي لوارويك: "هذا هو أول دليل مباشر على أن الأقزام البيضاء تتبلور ، أو تنتقل من السائل إلى الصلب". "كان من المتوقع قبل خمسين عامًا أن نلاحظ تراكمًا في عدد الأقزام البيضاء عند لمعان وألوان معينة بسبب التبلور ، وقد لوحظ ذلك الآن فقط".
كان هذا النمط ، حيث لا يرتبط السطوع بالعمر ، أحد التوقعات الرئيسية التي تم إجراؤها حول تبلور الأقزام البيضاء قبل 50 عامًا. الآن بعد أن أصبح لدى الفلكيين دليل مباشر على أن هذه العملية في العمل ، فمن المحتمل أن يؤثر ذلك على فهمنا للتجمعات النجمية التي يجب تضمينها في الأقزام البيضاء.
قال تريمبلي: "تُستخدم الأقزام البيضاء تقليديًا للتأريخ العمرى للمجموعات النجمية مثل مجموعات النجوم ، القرص الخارجي ، والهالة في درب التبانة". "سيتعين علينا الآن تطوير نماذج بلورة أفضل للحصول على تقديرات أكثر دقة لأعمار هذه الأنظمة."
على سبيل المثال ، بينما تتبلور جميع الأقزام البيضاء في مرحلة ما من تطورها ، يختلف الوقت الذي تستغرقه بناءً على النجم. الأقزام البيضاء الضخمة تبرد بسرعة أكبر وتصل إلى درجة الحرارة التي يحدث فيها التبلور في وقت أقرب (في حوالي مليار سنة). الأقزام البيضاء الأصغر ، وهو ما ستصبح عليه شمسنا ، قد تتطلب ما يصل إلى ستة مليارات سنة لإجراء نفس التحول.
قال تريمبلي: "هذا يعني أن مليارات الأقزام البيضاء في مجرتنا قد أكملت بالفعل العملية وهي في الأساس كرات بلورية في السماء". في هذه الأثناء ، من المتوقع أن تخضع شمسنا لهذا التحول في حوالي عشرة مليارات سنة أخرى. في تلك المرحلة ، ستكون شمسنا قد خرجت من مرحلة فرع العملاق الأحمر ، وأصبحت قزمًا أبيض ، وبدأت عملية التبلور.
هذا هو آخر وحي قادم من جايا المهمة ، التي أمضت السنوات الخمس الماضية في فهرسة الأجسام السماوية في مجرة درب التبانة والمجرات المجاورة. قبل انتهاء المهمة (من المتوقع أن تحدث بحلول عام 2022) ، تمت جدولة إصدارين للبيانات ، مع إصدار DR3 المقرر لعام 2021 والإصدار النهائي لم يتم تحديده بعد.
* تم إجراء البحث بفضل التمويل المقدم من مجلس البحوث الأوروبي (ERC).
