قام علماء معهد وايزمان بتحليل تركيبة العناصر المنبعثة من نجم نادر، قبل انفجاره مباشرة

تهب الرياح النجمية من سطح النجوم، فتدفع العناصر الموجودة في الطبقات الخارجية إلى الفضاء. وفي النجوم مثل ذلك الذي انفجر، تكون هذه الرياح قوية جدًا بحيث يمكنها أن تجرف كل 10,000 عام كتلة تساوي كتلة شمسنا.

دفع اكتشاف المستعر الأعظم - انفجار نجم بعيد - الذي حدث قبل أشهر قليلة، علماء الفيزياء الفلكية إلى مشاهدة المشهد المثير للإعجاب بمساعدة التلسكوبات حول العالم. الموت الدراماتيكي للنجم، من النوع النادر، الذي تبلغ كتلته 10 أضعاف كتلة شمسنا على الأقل، يكشف للعلماء تفاصيل مثيرة للاهتمام حول حياة هذه الأجرام السماوية الرائعة، ويساعد على استكمال التفاصيل في الصورة التي تصف تكوين النجم. العناصر الثقيلة في الكون.

ولفهم خصائص النجم الذي انفجر، حدد العلماء خليط العناصر التي انجرفت من سطحه قبل بدء الانفجار مباشرة. ويوضح البروفيسور أفيشي جال يام، من قسم فيزياء الجسيمات والفيزياء الفلكية في معهد وايزمان للعلوم، أنه من أجل التعرف على النجم، من الضروري التحقق مما إذا كانت المواد المنجرفة منه إلى الفضاء تحتوي على نسب كبيرة من العناصر مثل مثل الكربون والأكسجين والنيتروجين. يتم إنشاء هذه العناصر في عملية الاندماج النووي التي توفر الطاقة للنجم. ففي شمسنا، على سبيل المثال، تخضع ذرات الهيدروجين - وهي الأخف وزنًا - للاندماج لتكوين ذرات الهيليوم، وهنا تتوقف العملية. ومع ذلك، في النجوم الأثقل والأكثر سخونة، يستمر الاندماج: تتحد ذرات الهيليوم وتشكل ذرات أثقل وأثقل - حتى ذرات الحديد.

ويعتقد العلماء أن النجوم من هذا النوع تتكون من طبقات تشبه البصلة. وتقع العناصر الأثقل، مثل الحديد، في قلبها، بينما تشكل العناصر الأخف الطبقات الخارجية. تهب الرياح النجمية من سطح النجوم، فتدفع العناصر الموجودة في الطبقات الخارجية إلى الفضاء.

وفي النجوم مثل ذلك الذي انفجر، تكون هذه الرياح قوية جدًا بحيث يمكنها أن تجرف كل 10,000 عام كتلة تساوي كتلة شمسنا. وفي مرحلة معينة خلال حياة النجم، تجرف الرياح كل الهيدروجين الخفيف الذي يشكل الطبقة الخارجية للنجم، وبعد ذلك تجرف منه أيضًا طبقات الهيليوم والكربون والأكسجين والنيتروجين.
تحتوي الطبقة الموجودة أسفل سطح النجم على خليط من الهيدروجين والهيليوم وعناصر أثقل.

يجب أن تكون مثل هذه الطبقة خارجية بما يكفي لاحتواء حتى الهيدروجين الخفيف، وأن تظل ساخنة بدرجة كافية لتوفير درجات الحرارة القصوى المطلوبة للاندماج النووي. ويهتم العلماء بهذه الطبقة، لأنها المكان الذي يتكون فيه النيتروجين. على عكس الكربون، الذي يحتوي على ستة بروتونات (ناشئة عن اندماج ثلاث ذرات هيليوم)، أو الأكسجين الذي يحتوي على ثمانية بروتونات (ناشئ عن أربع ذرات هيليوم)، تحتوي ذرة النيتروجين على عدد فردي من البروتونات - سبعة. أي أنه يتكون من اندماج ذرات ذات عدد زوجي وذرات ذات عدد فردي من البروتونات - على سبيل المثال، ثلاث ذرات هيليوم (بروتونان) وذرة هيدروجين (بروتون واحد). ولذلك، فإن قياس كميات النيتروجين قد يكشف عما يكمن تحت سطح النجم.

عندما تهب الرياح الطبقات الخارجية للنجم إلى الفضاء، يستمر قلبه في إنتاج وتجميع الحديد، حتى يصبح ثقيلًا جدًا بحيث لا يكون مستقرًا. عند هذه النقطة ينهار قلب النجم في حركة مفاجئة وعنيفة، مما يتسبب في قذف الطبقات الخارجية للنجم إلى الفضاء - وهذا هو حدث المستعر الأعظم الذي نشاهده.

لا يمكن اكتشاف العناصر التي حملتها الرياح النجمية قبل الانفجار الأخير إلا في فترة زمنية قصيرة جدًا - بعد يوم واحد من السوبرنوفا - لأن الإشعاع القوي الناتج عن الانفجار يمزق الإلكترونات من الذرات. وبمساعدة التلسكوبات المجهزة بمعدات طيفية والمضبوطة لمراقبة المستعرات الأعظم، من الممكن التعرف على العناصر عن طريق قياس طيفها - أي الضوء المنبعث عندما تعيد الإلكترونات الاتصال بالذرات التي انفصلت عنها. لكن هذه الملاحظات يجب أن تتم سريعا، قبل أن تبتلع بقايا النجم المتناثرة بسرعة بعد الانفجار آخر بقايا الريح النجمية، فتمحو آخر آثار النجم المحتضر.

وقد بدأ السباق لمراقبة طيف المستعر الأعظم الشاب باستخدام التلسكوبات الآلية في مرصد "بالومار" في كاليفورنيا، وهي جزء من مشروع متعدد الجنسيات يسمى iPTF، بقيادة البروفيسور شري كولكارني من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. وتمت برمجة هذه التلسكوبات لرصد الأحداث العابرة، أي التغيرات المفاجئة في سماء الليل التي قد تكون مستعرًا أعظم جديدًا، وتنبيه أعضاء الفريق. وعلى الجانب الآخر من الأرض، تلقى الرسالة الدكتور يائير هركابي، الذي كان آنذاك طالبًا باحثًا في مجموعة البروفيسور جال يام. وبينما كان العلماء الأميركيون نائمين، قام بتقييم البيانات وفهم معناها، واتصل بالدكتور عساف حوريش، الذي كان آنذاك باحث ما بعد الدكتوراه في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا (وانضم منذ ذلك الحين إلى معهد وايزمان للعلوم). وقام الدكتور هوريش بإجراء ملاحظات طيفية باستخدام تلسكوب كيك الموجود في هاواي، غرب المنظار الموجود في كاليفورنيا، حتى يتمكن من تمديد ساعات مراقبة المستعر الأعظم بعد طلوع الصباح بالفعل في كاليفورنيا. سمح له رد فعله السريع بتسجيل الطيف المنبعث للمواد التي تحملها الرياح - بعد 15 ساعة فقط من الانفجار.

وبفحص البيانات التي تم جمعها، كشف البروفيسور جال يام والدكتور هركابي والدكتور هوريش وزملاؤهم أن الرياح بين النجوم حول النجم المنفجر تحتوي بالفعل على كميات كبيرة من النيتروجين، على غرار ما يسمى بنجوم شعاع الذئب المعروفة من مجرتنا. يتم نشر نتائج أبحاثهم هذا الأسبوع في مجلة الطبيعة. يوضح البروفيسور جال يام: "بفضل القدرة على مراقبة المستعر الأعظم بعد فترة وجيزة من الانفجار، تمكنا لأول مرة من قياس تركيبة العناصر على سطح النجم، قبل انفجاره مباشرة". والآن، بعد أن أثبت فريق العلماء أن التنظيم العالمي الفعال والتشغيل المحدد زمنيًا للتلسكوبات حول العالم يجعل من الممكن جمع البيانات حول الأحداث السريعة، فإنه يأمل أن يكون من الممكن مراقبة المزيد من المستعرات الأعظم "الشبابية". إن فهم كيفية عيش هذه النجوم وموتها أمر مهم، وفقا له، ليس فقط لأنه يفتح نافذة على الطريقة التي يعمل بها الكون. "كل العناصر الثقيلة في الكون - تلك التي كتلتها أكبر من كتلة الهيليوم - خلقت في فرن اندماج النجوم الكبيرة، وتناثرت في الكون في انفجارات المستعرات الأعظم. ولذلك فإن أصل العديد من الأسئلة العلمية - فيما يتعلق بطريقة نشوء العناصر المختلفة وتوزيعها في الفضاء - يكمن في تلك الانفجارات التي تحدث في جميع أنحاء الكون.