ما هو الحد الأعلى الذي يُمكن أن تصل إليه النجوم فائقة الكتلة؟

ما هو الحد الأعلى الذي يُمكن أن تصل إليه النجوم فائقة الكتلة؟

نعرف مسبقاً أن الهايبرنوفا (السوبر-سوبرنوفا) عبارة عن نتيجة لانفجار نجم تبلغ كتلته الحد الأقصى للنجوم (حوالي 150 إلى 200 ضعف كتلة الشمس). 

لكن كيف نعرف بالضبط أن هذه القيمة هي الحد الأقصى؟


يأتي الدليل الأولى من اشتقاق قام به آرثر ادينغتون. في العام 1916، برهن فيه على وجود حد أقصى لإمكانية وجود نجم ما في حالة مستقرة. تنص الفكرة الأساسية على أن الغلاف الجوي للنجم يتم جذبه ثقاليا من قبل كتلة النجم (ما يُعطيه وزنه)، ويتوازن هذا الوزن مع الضغط الناتج عن الطبقة الأعمق للنجم. فمن أجل أن يكون النجم مستقرا، يجب أن يتساوى الضغط والوزن، وبذلك لا ينهار النجم ثقاليا نحو الداخل أو يقوم بقذف غلافه الجوي إلى الخارج.

عادة ما نعتقد بأن الضغط مرتبط بالغاز وما يُشابهه، لكن يُمكن للضوء أيضا أن يؤثر بضغط محدد على مادة ما. نحن لا نلاحظ الضغط الضوئي في حياتنا اليومية لأنه صغير جدا. فحتى في شمسنا، يُعتبر الضغط الممارس على الغلاف الجوي صغير نسبيا، لذلك فإن وزن غلاف الشمس الجوي غالبا ما يتم موازنته من قبل ضغط البلازما الموجود في الطبقة السفلية. لكن لو كانت الشمس أكثر لمعانا، سيقوم الضوء الذي تُصدره بممارسة دفع قوي على الجسيمات الموجودة في الغلاف الجوي.

ما قام ادنيغتون بالبرهان عليه هو وجود حد أقصى يكون معه ضغظ ضوء النجم على الغلاف الجوي كبيرا بمقدار كافي من أجل موازنة الوزن الثقالي لكامل الغلاف الجوي النجمي، ويُعرف هذا الحد بسطوع ادنيغتون. إذا امتلك النجم سطوعاً أكبر من ذلك الحد، سيقوم الضوء النجمي بدفع الطبقات الخارجية للغلاف الجوي بعيداً وبالتالي يتسبب في فقدان كتلة من النجم.

عندما قام ادنيغتون باشتقاق هذا الحد للمرة الأولى، وجد أن السطوع الأعظمي للنجم يتناسب مع كتلة النجم. و قد عنى بذلك أنه كلما كان النجم أكبر كتلة، كلما كان أكثر لمعانا من النجوم الأقل كتلة منه، لكنه لم يذكر أي شيء عن الحد الأقصى للكتلة. بعد ذلك في العام 1924، اكتشف ادنيغتون علاقة بين كتلة نجم ما وبين لمعانه، وتنص هذه العلاقة على لمعان نجم ما تتناسب تقريبياً مع مكعب كتلته.

عنى ذلك الأمر أن لمعان نجم ما سيتزداد مع تزايد الكتلة بشكل أسرع من الحد الأقصى للسطوع، لذلك لا بد من وجود حد أقصى لكتلة النجم. 
النجوم التي تمتلك كتلاً أكبر ستكون لامعة إلى درجة قيامها بقذف طبقاتها الخارجية بعيداً عنها. 

بوجود حسابات ادنيغتون، يبلغ هذا الحد حوالي 65 ضعف كتلة الشمس. في وقتٍ لاحق، تم إجراء حسابات تفصيلية أكثر لهذا الحد ووُجد أنه يبلغ حوالي 150 ضعف كتلة الشمس، وهو ما يُعتبر بشكلٍ عام الحد الأقصى لكتل النجوم المستقرة

.
في العام 2007، قام فريق بحث بإجراء دراسة عن العنقود الكئيب، الذي يُعتبر واحدا من أكثر العناقيد النجمية، التي نعرفها، كثافة. بالنظر إلى لمعان النجوم الموجودة في هذا العنقود، وجدوا أنه لا تُوجد نجوم تمتلك كتلة اكبر من 120 ضعف كتلة الشمس. باستخدام تلك النتائج من أجل استخلاص استقراء ستاتيكس، اكتشفوا أن الحد الأقصى للنجوم يبلغ حوالي 150 ضعف كتلة الشمس
.
لكن مؤخرا، ظهرت أدلة جديدة تشكك بهذا الحد. فقد قام عمل نظري بتبيان أنه من الممكن الحصول على نجوم مستقرة تمتلك لمعانا أكبر من حد ادنيغتون. ستسمح تأثيرات مثل الاضطراب الحاصل داخل الفقاعات الفوتونية والغلاف الجوي -حيث يُمكن للضوء أن يعبر خلال الغلاف الجوي النجمي بسهولة أكبر -ببقاء النجوم فائقة اللمعان مستقرة.

و قد قدرت حسابات قادمة من انفجارات هايبرنوفا أن النجم الذي انفجر قد بلغت كتلته حوالي 200 ضعف كتلة الشمس. كما أن هناك نجما يُعرف بـ R136a1 تم اكتشافه في العام 2010 وهو من أكثر النجوم، التي نعرفها، لمعانا،بالإضافة إلى أن كتلته تقارب حوالي 265 ضعف كتلة الشمس.

المصدر وفريق العمل : ناسا بالعربي- NASA In Arabic 

المترجم:همام بيطار.
المدقق:Mohammed Ahmed Aldiri .
مراجعة الترجمة والتدقيق: مي الشاهد.