العثور على قزم أبيض يحرق الهيليوم على سطحه

تستطيع النجوم القزمة البيضاء الانفجار على شكل مُتسعر أعظم (SuperNova) عندما تتجاوز كتلتها الحد الأقصى الذي يبلغ حوالي 1.4 كتلة شمسية. وقد وجد فريق بقيادة معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية الخارجية (MPE) في غارتشينغ وبمشاركة جامعة بون، نظام نجمي ثنائي حيث يحدث تثدفق للمادة إلى النجم القزم الأبيض من النجم المرافق له.

تم العثور على النظام بسبب الأشعة السينية الناعمة الساطعة المسماة "سوبر سوفت" والتي تنشأ في الاندماج النووي للغاز المتدفق بالقرب من سطح النجم القزم الأبيض. الشيء غير العادي في هذا المصدر هو أن الهيليوم يتدفق ويحترق بدلاً من الهيدروجين. تشير السطوع المقاسة إلى أن كتلة النجم القزم الأبيض تزداد ببطء أكبر مما كان معتقداً سابقاً، مما قد يساعد على فهم عدد من المستعرّات العظيمة التي تسببها النجوم القزمة البيضاء. وتم نشر النتائج في مجلة نيتشر.

لا تُعتبر النجوم القزمة البيضاء المنفجرة فقط المصدر الرئيسي للحديد في الكون، بل هي أيضًا أداة مهمة في علم الكونية. كانت تسمى في الماضي بالانفجارات العظيمة من النوع (SN Ia)، حيث تصبح كلها تقريبًا متساوية السطوع، مما يسمح لعلم الفلك بتحديد المسافة بدقة من المجرات المضيفة لها.

ومع ذلك، فإنه حتى بعد العديد من سنوات الأبحاث المكثفة، لا يزال غير واضح في أي ظروف يمكن لكتلة النجم القزم البيضاء أن تزداد إلى ما يسمى بحد شاندراسيكار. وهذا هو الحد النظري الأعلى لكتلة النجم القزم الأبيض المشتق في عام 1930 من قبل الفيزيائي الفلكي الهندي الأمريكي والحائز على جائزة نوبل سوبراهمانيان تشاندراسيكار.

في بداية التسعينات من القرن الماضي، تم تأسيس مصادر الأشعة السينية الناعمة الساطعة الناشئة من الاحتراق الاستقراري للهيدروجين على سطحها كفئة جديدة من الأجسام باستخدام ROSAT، ولفترة من الوقت اعتبرت هذه الأجسام مرشحا محتملا لأصل انفجارات النوع Ia. ومع ذلك، فإن المشكلة مع هذه المصادر هي وفرة الهيدروجين فيها: حيث لا يوجد أي أثر للهيدروجين في انفجارات النوع Ia.

لأكثر من 30 عامًا، تم التنبؤ بنظام نجمي ثنائي، يتدفق المادة على النجم القزم الأبيض ويحترق الهيليوم استقرارياً على سطحه، ولكن لم يتم رصد مصادر مثل هذه. وقد وجد فريق دولي بقيادة معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية الخارجية (MPE) مصدر أشعة سينية يتميز طيفه البصري بالهيمليوم تمامًا.

يشرح جوخن جراينر الذي يقود تحليل هذا المصدر في MPE: "منذ العقد التسعينيات تم التعرف على المصدر الفائق الناعم لأشعة الإكس [HP99] 159 ، عندما لوحظ للمرة الأولى باستخدام ROSAT، ومؤخراً باستخدام XMM-Newton والآن مع eROSITA. الآن، تمكنا من تحديد المصدر كمصدر بصري في الغيمة الضخمة الصغرى. في طيفه، وجدنا بشكل رئيسي خطوط إنبعاث الهيليوم الناتجة عن القرص الاستقبالي".

ومع ذلك، فإن هذا لا يحل مشكلة الأجداد النجمية ل SN Ia: تتوقع النماذج النظرية أن حوالي 2-5% من مادة نجم الهيليوم المرافق سيتم حملها بواسطة انفجار SN Ia ويتم طرحها في البيئة. ومع ذلك، لم يتم العثور على هذه الكمية من الهيليوم في معظم SN Ia التي تم رصدها حتى الآن. ومع ذلك، هناك فئة فرعية بإضاءة أقل، وهي SN Iax، حيث يكون الانفجار أضعف، وبالتالي يتم طرد كمية أقل من الهيليوم.

يمكن أن ينتهي النظام الذي تم اكتشافه الآن [HP99] 159 في مثل هذه الفئة الفرعية وفقًا للمعلومات الحالية، حيث تشير القياسات هنا إلى أن احتراق الهيليوم المستمر في النجوم البيضاء ممكن حتى عند معدلات استقبال أقل من تلك التي تتنبأ بها النماذج النظرية. وتبلغ الإضاءة المقاسة لـ [HP99] 159 حوالي عشرة مرات أقل من المتوقع عند المعدل الكنوني (canonical rate)، في حين تكون درجة حرارة الأشعة السينية المقاسة في نفس الوقت ضمن النطاق المتوقع لاحتراق الهيليوم المستقر.

يقول البروفيسور الدكتور نوربرت لانغر من معهد أرجيلاندر للفلك، الذي يعد أيضًا عضوًا في مجال البحث المتعدد التخصصات في مجال المواد بجامعة بون: "يشير سطوع الأشعة السينية المرصودة إلى أن احتراق الهيليوم الداخل إلى النجم الأبيض يتم استقراره بواسطة دورانه السريع، مما يجعل انفجار النظام النجمي محتملا".

نظرًا لأن القياسات السابقة تشير إلى أن الإضاءة بقيت ثابتة لمدة تقريبًا 50 عامًا، يجب أن يكون من الممكن حدوث مجموعة واسعة من معدلات الاستقبال التي تؤدي إلى الانفجارات.

تقول جوليا بودنشتاينر من ESO، التي درست النجوم الضخمة منذ رسالة الماجستير في MPE: "النجوم بدون أغلفة هيدروجينية، مثل النجم المرافق الذي تم العثور عليه في [HP99] 159، هي خطوة وسيطة مهمة في دورة حياة النجوم الثنائية التي يجب أن تحدث في حوالي 30% من هذه الأنظمة". "يجب أن يكون هناك العديد من هذه النجوم، ولكن تم رصدها فقط بعدد قليل جدًا حتى الآن".

يأمل الفريق الآن في العثور على عشرات المصادر المماثلة في الغيوم الماجلانية الثنائية باستخدام جهاز eROSITA. وسيتيح هذا لهم تحديد شروط تكون آباء أنواع انفجارات النجوم النوع الأول بشكل أدق.