الحياة البرية للنجوم (والكواكب) المسنة: مغادرة المنزل وتغيير الشركاء والمشاركة في الاشتباكات العنيفة

ومن خلال التحليل النظري والمحاكاة الحاسوبية، أظهر علماء من التخنيون وجامعة بولدر بولاية كولورادو أن تطور النجوم والكواكب في أنظمة ذات ثلاثة أجسام قد يؤدي إلى نتائج مفاجئة؛ النجوم والكواكب التي تدور حول نجم واحد قد تغير مداراتها

ومن خلال التحليل النظري والمحاكاة الحاسوبية، أظهر علماء من التخنيون وجامعة بولدر بولاية كولورادو أن تطور النجوم والكواكب في أنظمة ذات ثلاثة أجسام قد يؤدي إلى نتائج مفاجئة؛ النجوم والكواكب التي تدور حول نجم واحد قد تغير مسارها و"تقفز" إلى نجم آخر، وفي معظم الحالات قد تصطدم بالنجم المضيف أو النجم الذي قفزت إليه، وفي حالات أخرى قد تفلت من النظام تماما. في الواقع، قد تصف هذه العملية التاريخ البري لألمع نجم في السماء، المعروف أيضًا باسم سيريوس. تثير هذه النتائج احتمال أن تكون الاصطدامات بين النجوم أكثر شيوعًا (30 مرة على الأقل) مما كان يُعتقد سابقًا.

يعيش معظم النجوم بمفردهم، دون شريك، أو يشاركون حياتهم مع نجم واحد. ومع ذلك، فإن حوالي 15٪ من جميع النجوم لديهم شريكان على الأقل، ويشكلون معهم نظامًا ثلاثيًا. يمكن أيضًا "استضافة" الكوكب (الكوكب) في نظام ثنائي - نظام ذو نجمين، وبالتالي يصبح (الكوكب) أحد مكونات النظام الثلاثي. تطور النجوم في مثل هذه الأنظمة قد يؤدي إلى نتائج مثيرة. הזדקנותם של כוכבים כרוכה בכמה שינויים עיקריים: כוכב יכול להתרחב לקוטר הגדול מאות מונים מגודלו המקורי, ואז לאבד את רוב המסה שלו ברוחות עזות ולסיים את חייו כשהוא מותיר רק ליבה, ננס לבן (או לסיים את חייו בהתפוצצות, ואז להשאיר אחריו כוכב ניוטרונים או חור اسود). لقد تمت دراسة تطور النجوم الفردية على نطاق واسع في المائة عام الأخيرة، كما تمت دراسة تطور النجوم الثنائية - وهو النظام الذي يستطيع النجمان من خلاله "تبادل المواد" فيما بينهما - منذ عقود؛ في المقابل، لم تتم دراسة تطور النجوم الثلاثية إلا بصعوبة.

في الدراسات الأخيرة التي أجراها البروفيسور حاجي بيرتس من كلية الفيزياء في التخنيون والدكتورة كايتلين كريتر من جامعة بولدر، كولورادو، فإن الأنظمة الثلاثية وتطويرها تستحق المزيد من الاهتمام. يقول البروفيسور بيرتس: "الأنظمة ذات النجم الواحد والثنائية هي أنظمة مستقرة، كقاعدة عامة". "من ناحية أخرى، تعد الأنظمة الثلاثية أكثر هشاشة بكثير، وفي بعض الأنظمة الثلاثية، حتى التغيير البسيط في النظام قد يؤدي إلى تكوين غير مستقر، مما يؤدي إلى تطور ديناميكي فوضوي ومتوحش، والذي يحدث في وقت قصير نسبيًا ".

واكتشف الباحثون أن الكتلة المطروحة من أحد المكونات الثلاثة في الثلاثي مع تقدم عمرها قد تؤدي إلى تغير كبير في مدارات المكونات الثلاثة حول بعضها البعض. تصبح العديد من هذه الأنظمة غير مستقرة، وقد تنخرط النجوم الثلاثة في رقصة ديناميكية جامحة، حيث قد تقوم النجوم بتبديل شركاءها حتى يتم إخراج أحدهم من النظام. لكن بما أن النجم الخاسر للكتلة ينتفخ عادة في هذه المرحلة، ويتضاعف حجمه بمئات الأمتار، فإنه يصبح هدفا كبيرا، مما يزيد بشكل كبير من فرص اصطدامه بنجم آخر أثناء "الرقص" الجامح. "عادةً، تتصادم النجوم فقط في البيئة الكثيفة للعناقيد النجمية (الأنظمة التي تملأ فيها ملايين النجوم حجمًا لا يتجاوز بضع سنوات ضوئية؛ وللمقارنة، في نفس الحجم من الفضاء حول نظامنا الشمسي يوجد نجم واحد فقط - النجم" الشمس) حيث لا يرتبط نجمان ببعضهما البعض وقد يصطدمان بالصدفة. وحتى في مثل هذه المناطق الكثيفة يكون احتمال حدوث مثل هذا الاصطدام منخفضًا جدًا، وفي معظم المجرة حيث الكثافة أقل بكثير، يمكن القول أن مثل هذه الاصطدامات العرضية لا تحدث على الإطلاق.
"لقد اكتشفنا أنه عندما يتعلق الأمر بالأنظمة المثلثية، فإن الصورة مختلفة تمامًا. قد تحدث الاصطدامات بين النجوم خارج العناقيد النجمية الكثيفة بمعدل 30 مرة أعلى من الاصطدامات العشوائية الباردة داخل العناقيد.

حالة الكلب الغريبة ليلا وحل لغز النجم الساطع في السماء - اكتشف الباحثون أيضا أن مثل هذا التطور الثلاثي قد يكون له علاقة بأحد أشهر النجوم وهو سيريوس - ألمع نجم في السماء السماء، والمعروفة أيضًا باسم نجمة الكلب. سيريوس يرافقه قزم أبيض في نظام ثنائي، ولكن في مدار إهليلجي للغاية. يعد هذا تكوينًا غير معتاد عندما يتعلق الأمر بنظام ثنائي مكون واحد هو قزم أبيض قريب؛ في مثل هذه الأنظمة نتوقع مدارًا دائريًا أكثر بكثير، نتيجة لانتقال الكتلة من نجم إلى شريكه أثناء شيخوخة النظام. تظهر أحدث الأبحاث أن هذا التكوين الغريب يمكن تفسيره إذا كان النظام الثنائي لسيريوس في يوم من الأيام نظامًا ثلاثيًا تطور، وأصبح غير مستقر، وتم طرد أحد مكوناته الثلاثة من النظام؛ وهي الخطوة التي حولته إلى نظام ثنائي بمسار غير عادي. "إن الإدراك المفاجئ بأن سيناريو التطور الثلاثي الذي كنا ندرسه قد يحل أيضًا لغزًا عمره عقودًا، يتعلق حتى بالنجم الساطع في سماء الليل، سيريوس، هو أمر مثير للغاية؛ "يبدو أن سيريوس كان له تاريخ أكثر وحشية مما كنا نتخيله من قبل"، يقول البروفيسور بيريتس.

الكواكب تقفز بين النجوم - ماذا ستفعل إذا بدأ الحي الذي تعيش فيه في التدهور؟ هل تفكر في الرحيل إلى حي أفضل؟ وتبين أن شيئًا مماثلاً قد يحدث في الأنظمة الكوكبية. قام الدكتور كريتر والبروفيسور بيرتس أيضًا بفحص الأنظمة التي لا يكون فيها أحد المكونات الثلاثة نجمًا بل كوكبًا - كوكب. يقول الدكتور كريتر: "عندما يكون للنجم النامي شريك كوكبي قريب وشريك كوكبي بعيد، يمكن أن تكون النتائج مفاجئة للغاية". "يمكن للكوكب أن ينحرف عن مداره الأصلي حول النجم المضيف، ويبدأ في الدوران حول النجم الآخر. قد يقفز مثل هذا "النطاط النجمي" عدة مرات بين المضيف الأصلي والشريك الآخر، ويستقر أخيرًا في مدار مستقر حول الشريك. ويمكن أن يبقى في البيئة الجديدة حتى نهاية حياته، أو على الأقل حتى يبدأ النجم المرافق في فقدان المواد أيضًا. بالاقتراض، يمكن للمرء أن يقول أنه عندما يصبح الجوار المباشر غير مريح، يقفز الكوكب إلى جوار آخر..." ومع ذلك، فإن هذه القصة لها أحيانًا نهاية أسوأ بالنسبة للكوكب، حيث قد يصطدم بالنجم البعيد أو المضيف الأصلي خلال هذه التبادلات. أزواج، وبالتالي يتم تدميرها بدلا من العثور على بيئة "متعاطفة".