ما أضاء المصابيح التي تسمح للإنسانية بقياس الكون

كل عام اندلعت 1000 مستعر أعظم من النوع Ia في السماء. تضيء هذه الانفجارات النجمية ثم تتلاشى في نمط قابل للتكرار بحيث يتم استخدامها كـ “شموع قياسية” – وهي كائنات ساطعة بشكل موحد بحيث يمكن لعلماء الفلك تقليل المسافة إلى أحدها من خلال مظهرها.

يعتمد فهمنا للكون على هذه الشموع القياسية. تأمل اثنين من أكبر الألغاز في علم الكونيات: ما هو معدل تمدد الكون؟ و لماذا يتسارع معدل التوسع هذا؟ تعتمد الجهود المبذولة لفهم هاتين المسألتين بشكل حاسم على قياسات المسافة التي تم إجراؤها باستخدام المستعرات الأعظمية من النوع Ia.

ومع ذلك ، فإن الباحثين لا يفهمون تمامًا ما الذي يسبب هذه الانفجارات الموحدة بشكل غريب – وهو عدم اليقين الذي يقلق المنظرين. إذا كانت هناك عدة طرق يمكن أن تحدث بها ، فإن التناقضات الصغيرة في كيفية ظهورها يمكن أن تفسد قياساتنا الكونية.

على مدى العقد الماضي ، تراكم الدعم لقصة معينة حول ما يطلق المستعرات الأعظمية من النوع Ia – قصة تتبع كل انفجار إلى زوج من النجوم الخافتة تسمى الأقزام البيضاء. الآن ، وللمرة الأولى ، نجح الباحثون في إعادة إنشاء انفجار من النوع Ia في محاكاة الكمبيوتر لسيناريو القزم الأبيض المزدوج ، مما أعطى النظرية دفعة حاسمة. لكن المحاكاة أنتجت أيضًا بعض المفاجآت ، حيث كشفت عن مقدار ما يجب أن نتعلمه عن المحرك وراء بعض أهم الانفجارات في الكون.

تفجير قزم

لكي يكون الجسم بمثابة شمعة قياسية ، يجب أن يعرف الفلكيون سطوعه أو لمعانه المتأصل. يمكنهم مقارنة ذلك بمدى سطوع (أو تعتيم) الكائن في السماء لحساب المسافة.

في عام 1993 ، قام عالم الفلك مارك فيليبس تآمر كيف يتغير لمعان المستعرات الأعظمية من النوع Ia بمرور الوقت. بشكل حاسم ، تتبع جميع المستعرات الأعظمية من النوع الأول تقريبًا هذا المنحنى ، المعروف باسم علاقة فيليبس. هذا الاتساق – جنبًا إلى جنب مع اللمعان الشديد لهذه الانفجارات ، والتي يمكن رؤيتها على بعد مليارات السنين الضوئية – يجعلها أقوى الشموع القياسية التي يمتلكها علماء الفلك. لكن ما سبب اتساقها؟

يأتي تلميح من عنصر النيكل غير المحتمل. عندما يظهر مستعر أعظم من النوع Ia في السماء ، يكتشف علماء الفلك تدفق النيكل -56 المشع. وهم يعلمون أن النيكل 56 ينشأ في الأقزام البيضاء – نجوم قاتمة ومبهرة تحتفظ فقط بنواة كثيفة بحجم الأرض من الكربون والأكسجين ، مغطاة بطبقة من الهيليوم. ومع ذلك فإن هذه الأقزام البيضاء خاملة. المستعرات الأعظمية ليست سوى. اللغز هو كيفية الانتقال من حالة إلى أخرى. قالت: “لا يزال هناك سؤال نظيف” كيف تفعل هذا؟ ” لارس بيلدستن، عالم فيزياء فلكية ومدير معهد كافلي للفيزياء النظرية في سانتا باربرا ، كاليفورنيا ، وهو متخصص في المستعرات العظمى من النوع الأول. “كيف تجعلها تنفجر؟”

في عمليات المحاكاة الحاسوبية التي أجراها فريق Ruediger Pakmor ، ينفجر القزم الأبيض المرافق أحيانًا أيضًا. لا يعرف الباحثون ما إذا كان هذا يحدث في الطبيعة.

بإذن من روديجر باكمور

حتى ما يقرب من 10 سنوات مضت ، كانت النظرية السائدة ترى أن قزمًا أبيض يسحب الغاز من نجم قريب حتى وصل القزم إلى الكتلة الحرجة. سيصبح قلبه بعد ذلك ساخنًا وكثيفًا بدرجة كافية لإثارة تفاعل نووي جامح وينفجر في مستعر أعظم.

ثم في عام 2011 ، تم تجاوز النظرية. SN 2011feأقرب نوع وجدته منذ عقود ، شوهد في وقت مبكر جدًا من انفجاره لدرجة أن علماء الفلك أتيحت لهم الفرصة للبحث عن نجم مصاحب. شوهد لا شيء.

حول الباحثون اهتمامهم إلى نظرية جديدة ، ما يسمى ب سيناريو D6—اختصار يشير إلى أداة تفجير اللسان “التفجير المزدوج المنحل المزدوج المدفوع ديناميكيًا” ، صاغه كين شين، عالم الفيزياء الفلكية في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي. يقترح سيناريو D6 أن يحاصر قزم أبيض قزمًا أبيض آخر ويسرق الهيليوم الخاص به ، وهي عملية تطلق الكثير من الحرارة التي تؤدي إلى اندماج نووي في غلاف الهليوم الأول للقزم. يرسل الهيليوم المندمج موجة صدمة في عمق قلب القزم. ثم تنفجر.