أقرب نظام قزم بني إلى الأرض ، Luman 16 ، ككل يحتوي على كتلة كافية لتشكيل نجم قزم أحمر إذا جمعت كل شيء فيه. السؤال هو ، هل سيحدث هذا في عالمنا ، أمر مثير للاهتمامفي سماء الليل ، تظهر النجوم بوضوح في أي اتجاه منا أينما نظرنا. ولكن لكل نجم تجمع كتلة كافية لبدء الاندماج النووي في مركزه ، وحرق الهيدروجين ، وتحويله إلى هليوم ، وتحويل المادة إلى طاقة من خلال E = mc
2 ، هناك العديد من الأجسام الأخرى التي لم تحقق ذلك. معظم كتل الكتلة التي بدأت تتشكل في السديم لا تنمو أبدًا إلى الحجم الكافي ليصبح نجمًا - وبدلاً من ذلك ، تصبح سحابات غازية مجزأة أو كويكبات أو عوالم صخرية أو عمالقة غازية أو أقزام بنية. الأقزام البنية هي "النجوم" في الكون ، التي جمعت ما يكفي من الكتلة لتحفيز توليف النظائر النادرة ، ولكنها ليست كافية لتصبح نجومًا حقيقية. لكن العديد من الأقزام البنية موجودة في أزواج ، ولهذا طرح قارئنا السؤال التالي:
هل ستصبح مدارات هذه الأقزام البنية أصغر بمرور الوقت بسبب فقدان الطاقة على موجات الجاذبية؟ هل ستندمج في النهاية؟ إذا كان الأمر كذلك ، فماذا يحدث بعد ذلك؟ هل سيصبحون نجما اصطناعيا؟ أو شيء مختلف تمامًا؟
في علم الفلك ، كما في الحياة ، فقط لأنك لم تنجح في المرة الأولى لا يعني أنك لن تنجح أبدًا. لنبدأ بتلك النجوم التي يمكن.
رسم توضيحي لكوكب عملاق يدور حول نجم قزم أحمر. الفرق بين كوكب ونجم غير نجم ونجم حقيقي هو فقط في الكتلةمن أجل إشعال الاندماج النووي في وسط النجم ، ولجعل نوى الهيدروجين تدخل في تفاعل الاندماج ، من الضروري الوصول إلى درجات حرارة تصل إلى 4000.000 كلفن. الغاز في الفضاء النجمي الذي تتشكل منه النجوم بارد جدًا - بضع درجات فقط فوق الصفر المطلق. لكن الجاذبية تربط ثم تتسبب في انهيار سحابة الغاز. في هذا الوقت ، تكتسب الذرات الداخلية السرعة وتتصادم مع بعضها وتسخن. إذا كان هناك عدد قليل من الذرات ، فإنها ستشع هذه الحرارة إلى الفضاء النجمي ، وترسل تيارات من الضوء للتنقل عبر المجرة بأكملها. ولكن إذا جمعت الكثير من الذرات ، فإنها لا تطلق هذا الضوء ، والذي يبدأ من خلاله تسخين الجزء الداخلي من سحابة الغاز.
كوكبة الجبار ، مع مجموعة ضخمة من السحب الجزيئية والنجوم الساطعة. يتم تشكيل العديد من النجوم الجديدة بسبب انهيار الغاز ، والذي لا يسمح للحرارة بالهروب من مكان تكوين النجومإذا كان هناك شيء صغير ، يزن كويكبًا ، يشكل الأرض ، أو حتى المشتري ، فإنه يمكن أن يسخن إلى آلاف أو حتى عشرات الآلاف من الدرجات في القلب - لكنه سيظل بعيدًا جدًا عن درجة حرارة التوليف. ولكن عندما تصل إلى كتلة حرجة معينة - حوالي 13 كتلة المشتري - تحصل على درجات حرارة تصل إلى 1،000،000 كلفن ، وهذا لا يكفي لتكوين الهيليوم من الهيدروجين ، ولكنه درجة الحرارة الحرجة لتفاعل معين: تخليق الديوتريوم. بترتيب 0.002٪ من الهيدروجين في الكون ، فإن النواة لا تحتوي فقط على بروتون ، ولكن بروتون مرتبط بالنيوترون ، أي ديوترون. عند درجات حرارة تصل إلى مليون درجة ، يكون الديوترون والبروتون قادرين على تصنيع الهليوم 3 (نظير الهيليوم ليس شائعًا جدًا) ، ويحدث هذا التفاعل مع إطلاق الطاقة.
ز
رد فعل سلسلة البروتون-بروتون المسؤول عن معظم طاقة الشمس هو مثال على الاندماج النووي. في تركيب الديوتريوم ، يمكن أن يحدث فقط التفاعل 2 H (الديوتريوم) + 1 H (البروتون) -> 3 He (الهليوم -3)هذا مهم! ينتج ناتج الطاقة هذا ، خاصة في مرحلة البروستار ، إشعاعًا عالي الطاقة يقاوم الانهيار الجاذبي الداخلي ويمنع المركز من التسخين أكثر من اللازم ، مما قد يرفع درجات الحرارة إلى 4،000،000 K. وهذا يعطي وقتًا إضافيًا - عشرات الآلاف من السنين أو أكثر - لذلك لجمع كتلة أكبر. بعد كل شيء ، بمجرد أن يبدأ النجم التوليف من الهيدروجين النقي (البروتونات) ، يصبح ناتج الطاقة كبيرًا لدرجة أن النجم لم يعد ينمو - وبالتالي ، فإن المراحل الأولى من التطور حاسمة. إذا لم يكن من أجل مشاركة الديوتريوم في التوليف ، فإن أكبر النجوم ستتجاوز الشمس في الكتلة بحد أقصى ثلاث مرات ، وليس مئات المرات ، مثل تلك الموجودة بالقرب منا.
صورة مركبة لكوكب خارجي خارج أول من لوحظ مباشرة (أحمر) وقزم بني أمومي. النجم الحقيقي سيكون أكبر جسديًا وستكون كتلته أكبر من كتلة هذا القزم البني.للوصول إلى درجة الحرارة الأساسية البالغة 4،000،000 كلفن لتصبح نجمًا حقيقيًا ، تحتاج إلى اكتساب 7.5٪ على الأقل من الكتلة الشمسية: حوالي 1.5 × 10
29 كجم. لتصبح قزمًا بنيًا وتبدأ في التوليف باستخدام الديوتيريوم ، من الضروري من 2.5 × 10
28 كجم إلى 1.5 × 10
29 كجم. ومثلما هو الحال مع النجوم الثنائية ، توجد الأقزام البنية المزدوجة في الفضاء.
القزمان البنيان اللذان يشكلان نظام Luman 16 ، ويمكنهما في النهاية الاندماج معًا لإنشاء نجمفي الواقع ، القزم البني الأقرب إلينا ، نظام لومان 16 ، هو نظام مزدوج. من المعروف أيضًا أن الكواكب العملاقة الأخرى حول الأقزام البنية تتحرك في المدارات. في حالة لومان 16 ، تم تحديد الكتل التالية من قزمين بنيين:
1. الرئيسي - من 8.0 × 10
28 إلى 1.0 × 10
29 كجم.
2. ثانوي - من 6.0 × 10
28 إلى 1.0 × 10
29 كجم.
وبعبارة أخرى ، هناك فرصة كبيرة أنه إذا اجتمعت هاتان النجمتان اللتان تدوران حول بعضهما البعض على مسافة حوالي ثلاث أضعاف المسافة من الشمس إلى الأرض ، فستشكلان نجمة حقيقية. أي إضافة للكتلة التي تنقل غير نجم عبر خط الكتلة اللازم لبدء حرق الهيدروجين ستحوله إلى نجم.
تم تصوير القزمين البنيين اللذين يشكلان لومان 16 12 مرة بواسطة تلسكوب هابل ، وحددنا حركتها ومداراتها النسبية على مدى عدة سنواتالحدس لا يفشل القارئ: نعم ، الكتل التي تدور حول بعضها البعض تنبعث منها موجات جاذبية ، وهذا الإشعاع سيؤدي إلى انخفاض المدارات. لكن بالنسبة لهذه الكتل والمسافات ، سيستغرق هذا الانخفاض حوالي
10200 سنة ، وهو أطول بكثير من عمر الكون. هذا أطول من عمر أي نجم ، أو حتى مجرة ، أو حتى ثقب أسود مركزي في المجرة. إذا كنت ستنتظر حتى تعمل موجات الجاذبية على تحويل هذا الزوج من الأقزام البنية إلى نجمة ، فسيتعين عليك الانتظار لفترة طويلة مخيبة للآمال.
سيناريو السقوط على بعضها البعض في دوامة بسبب موجات الجاذبية لاثنين من الأقزام البنية المنفصلة جيدًا مثل هذه سيستغرق وقتًا طويلاً جدًا. لكن الاصطدامات محتملة للغاية. مثلما تنتج النجوم الحمراء نجومًا زرقاء فردية في التصادم ، يمكن أن تؤدي اصطدامات الأقزام البنية إلى ظهور نجوم قزم حمراء.بشكل دوري ، تصطدم الأجسام في الفضاء. حقيقة أن النجوم ، غير النجوم ، الكواكب الضالة وكل شيء آخر يتحرك في المجرة ، بشكل رئيسي تحت تأثير الجاذبية ، يعني أن هناك احتمالًا محدودًا أن يصطدم جسمان بطريق الخطأ. هذا أفضل بكثير من توقع انخفاض في المدار بسبب موجات الجاذبية ، باستثناء الحالات القصوى بشكل خاص. على جدول زمني من 10
18 سنة ، "فقط" 100 مليون مرة أكثر من العمر الحالي للكون ، سوف يتصادم الأقزام البني بطريق الخطأ مع الأقزام البنية الأخرى أو جثث النجوم ويؤدي إلى حياة جديدة لغير النجوم. وفقًا لتقديراتنا ، ينتظر هذا المصير حوالي 1 ٪ من جميع الأقزام البنية.
لا يقتصر الغلاف الجوي للشمس على الغلاف الضوئي أو حتى الهالة ، بل يمتد لملايين الكيلومترات في الفضاء ، حتى في غياب المشاعل والانبعاثاتولكن حتى إذا لم تستطع الانتظار حتى يعمل إشعاع الجاذبية ، ولم تكن محظوظًا بما يكفي لمواجهة قزم بني آخر في الفضاء بين النجوم ، فستظل لديك فرصة للوحدة. عادة نتخيل أن النجوم لديها مساحة معينة تشغلها في الفضاء ، حجم معين. نتخيل نفس الطريقة ، على سبيل المثال ، الغلاف الجوي للأرض: كما لو كان لها نهاية واضحة ، حد بين ما نعتبره الغلاف الجوي والفضاء. هذا غبي! في الواقع ، تمتد الذرات والجسيمات لملايين الكيلومترات ، ومضات النجوم أكبر من نصف قطر مدار الأرض. تم اكتشاف أن الأقزام البنية تنبعث منها أيضًا مشاعل - تمامًا مثل القمر الصناعي في مدار منخفض سوف يتراجع في النهاية إلى الأرض ، لذا فإن الاحتكاك الذي يحدثه الأقزام البنية على بعضهما البعض سيسحبهما في النهاية. بالنسبة إلى Luman 16 ، لن ينجح هذا ، ولكن إذا كانت المسافة بين النجمين غير قابلة للمقارنة مع المسافة من الشمس إلى عطارد ، وليس مع المسافة من الشمس إلى سيريس ، فإن هذا التأثير يمكن أن يعمل.
أوضحت لنا دراسة لويجي بيدن طويلة الأمد لرصد النجوم غير الـ16 في Luman كيف يتغير موقعهم وحركتهم بمرور الوقت ، مع تسلسل دوري بسبب الحركة السنوية للأرضفماذا يحدث بعد الاندماج أو الاصطدام؟ مثل هذه الأحداث نادرة وتستغرق وقتًا أطول من العصر الحالي للكون. بحلول ذلك الوقت ، حتى قزم بني كان قد استهلك كل الديوتريوم الخاص به ، وكانت جثته ستبرد إلى درجة حرارة لا تتجاوز بضع درجات فوق الصفر المطلق على السطح. لكن طاقة الاصطدام أو الاندماج يجب أن تكون كافية لخلق مثل هذا الضغط والحرارة في القلب بحيث لا يزال بإمكانهما - إذا تم تجاوز خط الكتلة الحرج - بدء الاندماج النووي. سيكون للنجم كتلة صغيرة ولون أحمر ويعيش لفترة طويلة جدًا ، أكثر من 10 تريليون سنة. عندما يضيء غير النجم أخيرًا ، من المحتمل أن يصبح النجم الوحيد المتوهج في المجرة خلال حياته ؛ ستكون مثل هذه الأحداث نادرة ومتباعدة في الوقت المناسب. ومع ذلك ، سيثبت نوع هذا النجم أنه مثير للاهتمام في حد ذاته.
عندما يندمج قزمان بنيان مع ذلك في المستقبل البعيد ، فمن المحتمل أن يصبحا الضوء الوحيد في سماء الليل ، حيث أن جميع النجوم الأخرى قد احترقت بالفعل. سيصبح القزم الأحمر الناتج المصدر الرئيسي للضوء المتبقي في ذلك الوقت في الكون.سوف يحرق وقوده ببطء شديد بحيث يتم ترك الهيليوم 4 ، الذي يتم الحصول عليه في نفس الوقت - نتيجة تفاعل التوليف بمشاركة الهيدروجين في النواة - النواة نتيجة الحمل الحراري ، مما سيسمح للهيدروجين الإضافي بالمشاركة في التوليف. سيكون الحمل الحراري فعالًا جدًا بحيث يمكن أن يحترق 100 ٪ من الهيدروجين في النجم حتى النهاية ، مما يؤدي إلى كتلة مستمرة من ذرات الهيليوم. لحرق هذا الهليوم ، لن تكون الكتلة كافية ، لذلك ، سيتم ضغط البقايا النجمية إلى نوع من النجوم لم يكن موجودًا بعد في كوننا: قزم أبيض من الهيليوم. من أجل أن يبرد هذا القزم الأبيض ويتوقف عن التوهج ، سيستغرق الأمر حوالي كوادريليون سنة ، وفي هذا الوقت سوف تصطدم الأقزام البنية الأخرى للمجرة وتضيء. في الوقت الذي ينجح فيه النجم أخيرًا ويمضي طوال دورة حياته ، ليصبح قزمًا أسود ، سينتظر غير النجم الآخر فرصته.
مقارنة بين ألوان وأحجام القزم الأبيض (يسار) والأرض ، مما يعكس ضوء الشمس (في الوسط) والقزم الأسود (يمين). عندما تنبعث الأقزام البيضاء بقايا طاقتها أخيرًا ، فإنها ستصبح في النهاية أقزامًا سوداءإذا كان بإمكانك أن تصبح خالدًا ، يمكنك ، من حيث المبدأ ، السفر من واحد إلى آخر ، وتلقي الطاقة من آخر النجاحات النادرة للكون. سيبقى معظم غير النجوم في هذه الحالة إلى الأبد ، ولكن البعض ، الذي يبتسم لهم الحظ الجيد ، سيحترقون في وقت متأخر جدًا عن كل مصادر الضوء الأخرى. كما تقول عبارة ونستون تشرشل الشهيرة: "النجاح ليس نهائيًا ، الفشل ليس مميتًا ، فقط الشجاعة لمواصلة الأمور". ربما يكون هذا صحيحًا حتى بالنسبة للنجوم ، بل أكثر منك ولي.
إيثان سيغل - فيزيائي فلكي ، مروج للعلوم ، مؤلف كتاب "يبدأ بانفجار!" كتب كتب "ما وراء المجرة" [ ما وراء المجرة ] و "Tracknology: علم ستار تريك" [ Treknology ].الأسئلة الشائعة: إذا كان الكون يتوسع ، فلماذا لا نتوسع ؟ لماذا لا يتزامن عمر الكون مع نصف قطر الجزء الملاحظ .