واكتشف العلماء أن الأقزام البيضاء قد تتجاوز حد شاندراسيخار، كما أن المجالات المغناطيسية القوية قد تجعل نجم الموت يصل إلى 2.4 مرة كتلة الشمس.

الملخص:

بعد نفاد وقود النجم النووي، لا تنتهي حياته بالضرورة بانفجار سوبر نوفا مذهل. بالنسبة للنجوم مثل الشمس، فإنها عادة ما تتخلص من طبقاتها الخارجية، تاركة وراءها نواة كثيفة قريبة من الأرض ولكنها قد تكون ضخمة مثل الشمس. هذا قزم أبيض.

لفترة طويلة، اعتقد المجتمع الفلكي أن الأقزام البيضاء لها حد أعلى للكتلة لا يمكن التغلب عليه، يُعرف باسم "حد شاندراسيخار"، وهو ما يعادل حوالي 1.4 مرة كتلة الشمس. بعد تجاوز هذا الحد، لا تستطيع الأقزام البيضاء عادةً الحفاظ على بنية مستقرة وقد تتعرض لانهيار الجاذبية أو انفجار نووي حراري. ومع ذلك، وجدت عمليات محاكاة جديدة أجراها فريق من المعهد الهندي للعلوم (IISc) أن المجالات المغناطيسية الداخلية القوية يمكن أن تغير هذا الحد، مما يجعل بعض الأقزام البيضاء ضخمة بما يعادل حوالي 2.4 مرة كتلة الشمس.

تم نشر البحث في مجلة The Astrophysical Journal Letters. يعتقد الباحثون أن المجالات المغناطيسية القوية يمكن أن توفر دعمًا داخليًا إضافيًا للأقزام البيضاء، مما يجعل من الممكن لها أن تظل مستقرة حتى عندما تكون كتلتها أكبر بكثير مما تتوقعه النظرية التقليدية.

يعتمد السبب وراء قدرة الأقزام البيضاء على مقاومة جاذبيتها بشكل أساسي على تأثير ميكانيكي الكم يسمى ضغط الانحلال الإلكتروني. ولكن مع استمرار الكتلة في الزيادة، ستصبح الجاذبية أقوى وأقوى، وفي النهاية تخترق قدرة الدعم هذه. حد شاندراسيخار هو الحد الأعلى النظري بناءً على هذه الآلية الفيزيائية.

وجد الباحثون أن المجالات المغناطيسية القوية قد تُدخل متغيرات جديدة إلى هذا النموذج التقليدي. ومع تراكم المادة من النجم المرافق للقزم الأبيض، تستمر كتلته في الزيادة، وترتفع كثافته الداخلية، مما يؤدي إلى انكماش النجم أكثر. قد تؤدي عملية الضغط هذه إلى تعزيز مجاله المغناطيسي الداخلي، ويمكن أن يساعد الضغط الإضافي الناتج عن المجال المغناطيسي في مقاومة الجاذبية، مما يسمح للقزم الأبيض بتحمل كتلة أكبر.

من أجل التحقق من هذا الاحتمال، قام فريق البحث بتعديل برنامج التطور النجمي STARS الذي طورته جامعة كامبريدج لدمج تأثير المجال المغناطيسي وعملية تبريد النجم القزم الأبيض في النموذج. بدءًا من الوقت الذي لا يزال فيه النجم في مرحلة التسلسل الرئيسي، فإنه يحاكي تطوره إلى نجم قزم أبيض وتراكم المواد اللاحقة من النجم المرافق.

في إحدى حالات المحاكاة، قام نجم بكتلة أولية تبلغ حوالي 8 أضعاف كتلة الشمس بتكوين نجم قزم أبيض من الكربون والأكسجين بكتلة تبلغ حوالي 1.02 مرة كتلة الشمس. ومع تراكم مادة القزم الأبيض بمعدل حوالي واحد على مليار من كتلة الشمس سنويًا، تعزز مجاله المغناطيسي تدريجيًا، ووصل الحد الأعلى للكتلة المستقرة المحسوبة بواسطة النموذج في النهاية إلى حوالي 2.4 مرة كتلة الشمس. على سبيل المقارنة، في ظل ظروف مماثلة، إذا لم يؤخذ تأثير المجال المغناطيسي في الاعتبار، فإن الحد الأعلى للكتلة يظل ثابتًا عند حوالي 1.4 مرة كتلة الشمس.

وقالت زينيا زريق، المؤلفة الأولى للورقة البحثية وطالبة الدكتوراه في قسم الفيزياء بالمعهد الهندي للعلوم، إن مفتاح البحث ليس فقط إثبات أن الأقزام البيضاء ذات كتلة شاندراسيخار الفائقة قد تكون موجودة من الناحية النظرية، ولكن الأهم من ذلك، التحقق مما إذا كان النجم يمكنه بالفعل تشكيل مثل هذا الجسم من خلال التطور الطبيعي. تتتبع هذه المحاكاة مرحلة التسلسل الرئيسي للنجم وصولاً إلى تكوين القزم الأبيض وعملية التراكم اللاحقة، مما يوضح أنه في ظل ظروف معينة، يكون مسار التطور هذا ممكنًا بالفعل.

وفي الواقع، فإن فكرة تجاوز الأقزام البيضاء حد شاندراسيخار قد تمت دراستها من قبل علماء الفلك منذ عقود. في السابق، لاحظ علماء الفلك بعض المستعرات الأعظمية الساطعة بشكل غير عادي من النوع Ia، والتي كانت أكثر سطوعًا بشكل ملحوظ مما توقعته النماذج الشائعة. ولذلك، تكهن البعض بأن هذه الانفجارات قد تأتي من أقزام بيضاء ذات كتلة أكبر بكثير من كتلة الشمس بـ 1.4 مرة. حتى أن بعض النظريات تشير إلى أن كتلة سابقتها قد تكون قريبة من 2.8 مرة كتلة الشمس.

تكمن أهمية هذه الدراسة في أن العديد من الحسابات النظرية في الماضي ركزت على ما إذا كانت الأقزام البيضاء فائقة الكتلة يمكن أن تظل مستقرة، لكن الدراسة الجديدة تحاكي أيضًا كيفية تشكلها فعليًا من خلال عملية التطور النجمي. وهكذا قدم فريق البحث تفسيرًا نظريًا أكثر اكتمالًا للأقزام البيضاء فائقة الكتلة المدعومة بالمجالات المغناطيسية. ومع ذلك، هذا لا يعني أن مثل هذه الأجسام شائعة جدًا في الكون، ولا تزال الأبحاث غير قادرة على تحديد عدد مرات ظهورها فعليًا.

وقد يؤثر هذا الاكتشاف أيضًا على قياسات علماء الفلك لمعدل توسع الكون.

تحدث المستعرات الأعظم من النوع Ia عادة عندما يحدث احتراق نووي حراري جامح داخل قزم أبيض من الكربون والأكسجين. عندما تصل درجة الحرارة والضغط داخل الجسم إلى ظروف معينة، قد يشتعل عنصر الكربون، مما يؤدي إلى انفجار نووي حراري عنيف. ولأن هذه الأنواع من المستعرات الأعظم لها خصائص سطوع مستقرة نسبيًا يمكن معايرتها من خلال منحنيات الضوء، فقد استخدمها علماء الفلك منذ فترة طويلة كأداة مهمة لقياس المسافة إلى المجرات البعيدة ودراسة تاريخ توسع الكون.

إذا كانت بعض المستعرات الأعظمية من النوع Ia تأتي بالفعل من أقزام بيضاء ذات كتلة أكبر ولها مجالات مغناطيسية أقوى، فقد تكون أسلافها مختلفة بشكل كبير عن النماذج التقليدية. قد تؤثر هذه الاختلافات على سطوع وتطور انفجارات المستعرات الأعظم، وبالتالي تؤثر على دقة قياسات المسافة الكونية. إن المزيد من الفهم لآليات تكوين مثل هذه المستعرات الأعظمية سيساعد على تحسين النماذج الفيزيائية التي يستخدمها علماء الفلك لدراسة توسع الكون.

يذكّر هذا البحث العلماء أيضًا بأن بعض الحدود الفيزيائية التي تبدو غير قابلة للكسر في الكون قد تتأثر بعوامل لم يتم أخذها في الاعتبار بشكل كامل من قبل. لا يمكن تطبيق حد شاندراسيخار بسهولة في جميع الظروف. قد تفتح المجالات المغناطيسية القوية مسارًا تطوريًا للأقزام البيضاء كان من الصعب تحديده في السابق.

تحمل الورقة البحثية عنوان "تكوين الأقزام البيضاء الفائقة شاندراسيخار من خلال تطور نجوم التسلسل الرئيسي الممغنطة: حدود الكتلة الجديدة بناءً على محاكاة النجوم" وتم نشرها في مجلة The Astrophysical Journal Letters في 8 أكتوبر 2026.