تكشف محاكاة فلكية جديدة أن النجم المرافق قد يؤدي دورا حاسما في تشكيل البيئة المحيطة بالنجم المحتضر، ممهدا بذلك لظهور المستعرات الفائقة المتفاعلة، وهي من أكثر الانفجارات النجمية سطوعا وغموضا.
لا تنتهي حياة جميع النجوم في عزلة. ففي الأنظمة النجمية الثنائية، قد يصبح النجم المرافق شريكا فعليا في صناعة المشهد الأخير، من خلال التأثير في كمية المادة المحيطة بالنجم المحتضر وتوقيت تراكمها قبل الانفجار.
وتوصل فريق بحثي من معهد علم الفلك والفيزياء الفلكية التابع لأكاديمية سينيكا في تايوان إلى أن التفاعلات بين النجوم الثنائية قد تفسر نشأة نوع نادر من الانفجارات يعرف باسم المستعرات الفائقة المتفاعلة، التي تتميز بسطوعها الشديد نتيجة اصطدام المادة المقذوفة من النجم بغلاف كثيف من الغاز والغبار.
ونُشرت نتائج الدراسة في مجلة رسائل مجلة الفيزياء الفلكية، مقدمة تصورا جديدا لكيفية تشكل البيئة المحيطة بالنجوم الضخمة خلال المراحل الأخيرة من حياتها.
لغز الغلاف المحيط بالنجم
تحدث المستعرات الفائقة التقليدية عندما تستنفد النجوم الضخمة وقودها النووي، فتنهار نواتها تحت تأثير الجاذبية وينطلق انفجار هائل يقذف الطبقات الخارجية للنجم إلى الفضاء بسرعات كبيرة. وقد يخلّف هذا الانهيار نجما نيوترونيا أو ثقبا أسود، بحسب كتلة النجم وظروف الانفجار.
لكن بعض هذه الانفجارات تبدو أكثر سطوعا وتعقيدا من غيرها. ويعتقد العلماء أن السبب يعود إلى اصطدام موجات الصدمة بغلاف كثيف من المادة يحيط بالنجم قبل موته.
وعندما ترتطم المادة المقذوفة بهذا الغلاف، تتحول نسبة كبيرة من طاقتها الحركية إلى إشعاع، فتزداد شدة الضوء الصادر عن الانفجار ويستمر لمعانه مدة أطول مقارنة بالمستعرات الفائقة العادية.
وظل السؤال الأساسي يتمثل في مصدر هذه الكمية الكبيرة من الغاز والغبار، وكيف يمكن أن تتجمع بالقرب من النجم في التوقيت المناسب.
العملاق الأحمر يبدأ نقل مادته
اعتمد الباحثون على مئات المحاكاة الحاسوبية لتتبع انتقال المادة بين نجمين مرتبطين بالجاذبية، ودراسة كيفية تطور مداريهما خلال المراحل الأخيرة من حياة أحدهما.
فعندما يتحول النجم الضخم إلى عملاق أحمر، تتمدد طبقاته الخارجية بصورة هائلة، وقد يصل حجمه إلى مئات أو آلاف أضعاف حجمه السابق. وإذا كان النجم المرافق قريبا بما يكفي، فقد تبدأ المادة بالانتقال إليه أو بالخروج من النظام النجمي بأكمله.
ويحدث ذلك عندما يملأ النجم المتمدد ما يعرف بـفلك روش، وهي المنطقة التي تستطيع جاذبيته الاحتفاظ بالمادة داخلها. وعند تجاوز الطبقات الخارجية لهذه الحدود، تصبح المادة عرضة للانتقال نحو النجم المرافق أو التشتت في الفضاء المحيط.
ومع استمرار هذه العملية، يمكن أن يتكون غلاف كثيف من الغاز والغبار حول النظام الثنائي، ليصبح لاحقا هدفا لموجات الصدمة الناتجة عن المستعر الفائق.
التوقيت يصنع الانفجار
تشير الدراسة إلى أن وجود نجم مرافق لا يكفي وحده لإنتاج مستعر فائق متفاعل، إذ يمثل توقيت فقدان المادة العامل الأكثر أهمية.
فإذا طرح النجم طبقاته الخارجية قبل الانفجار بمدة طويلة، تتمدد المادة وتبتعد عن النظام النجمي، وتنخفض كثافتها تدريجيا إلى درجة لا تسمح لها بالتفاعل بقوة مع موجات الصدمة.
أما إذا حدث انتقال المادة خلال بضعة آلاف من السنين السابقة للانفجار، فإن الغلاف الغازي يبقى قريبا وكثيفا بما يكفي لإحداث تصادم شديد عند موت النجم.
وعند وقوع الانفجار، تنطلق موجات الصدمة بسرعات تصل إلى آلاف الكيلومترات في الثانية، قبل أن تصطدم بالمادة التي طردها النظام النجمي سابقا. وينتج عن هذا الاصطدام إشعاع هائل يجعل المستعر الفائق أكثر سطوعا من الانفجارات التي تحدث في بيئات أقل كثافة.
وقال الباحث كي-جونغ تشن إن كثيرا من النجوم لا تموت منفردة، وإن طبيعة نهايتها قد تتشكل بفعل علاقتها الطويلة بنجم مرافق. وأضاف الباحث سونغ-هان تساي أن الأنظمة الثنائية تستطيع إعداد الظروف المناسبة للمستعرات الفائقة المتفاعلة بدقة زمنية لافتة.
لماذا تبقى الظاهرة نادرة؟
تمثل النجوم الثنائية نسبة كبيرة من الأنظمة النجمية المعروفة، إلا أن المستعرات الفائقة المتفاعلة لا تزال أقل شيوعا من الانفجارات التقليدية.
وتقدم الدراسة تفسيرا محتملا لهذه المفارقة؛ فحدوث الظاهرة يتطلب أكثر من مجرد وجود نجمين يدوران حول بعضهما. إذ يجب أن تتوافر مسافة مدارية مناسبة، وكتل محددة، ومعدل ملائم لانتقال المادة، إلى جانب وقوع هذه العملية خلال فترة زمنية قريبة نسبيا من انهيار النجم.
وأي اختلاف في أحد هذه العوامل قد يؤدي إلى نتيجة مختلفة تماما، مثل اندماج النجمين، أو فقدان المادة في وقت مبكر، أو انفجار النجم من دون وجود غلاف كثيف قريب منه.
وبذلك تصبح المستعرات الفائقة المتفاعلة نتيجة لسلسلة دقيقة من الأحداث الفلكية، لا لمرحلة منفردة في حياة النجم.
الموت النجمي يسجل تاريخ الحياة
تتجاوز أهمية النتائج تفسير سطوع بعض الانفجارات، إذ تساعد العلماء على إعادة بناء تاريخ النجوم قبل موتها.
فالضوء الصادر عن المستعر الفائق يحمل معلومات عن تركيب المادة المحيطة بالنجم وكثافتها وسرعتها، ما يسمح للفلكيين باستنتاج طبيعة التفاعلات التي حدثت داخل النظام الثنائي خلال آلاف السنين السابقة للانفجار.
كما تؤثر هذه التفاعلات في كمية العناصر الثقيلة والغبار التي تعود إلى الفضاء بين النجمي. وتدخل هذه المواد لاحقا في تكوين أجيال جديدة من النجوم والكواكب، وربما في بناء البيئات التي يمكن أن تظهر فيها الحياة.
ومن ثم، فإن دراسة المستعرات الفائقة لا تقتصر على فهم الكيفية التي تموت بها النجوم، بل تمتد إلى تتبع دورة المادة في الكون، ومعرفة كيف تنتقل العناصر التي صنعتها الأفران النجمية إلى المجرات والكواكب والكائنات الحية.
وتؤكد الدراسة أن النهاية العنيفة للنجم قد تكون انعكاسا مباشرا للطريقة التي عاش بها، وللعلاقات الجاذبية التي ربطته بجيرانه. ففي الكون، كما تكشف هذه النتائج، قد يكون الشريك النجمي حاضرا حتى اللحظة الأخيرة، ليس بصفته شاهدا على الموت فحسب، بل بوصفه أحد صانعيه.
