القزم الأبيض، نهاية النجوم منخفضة الكتلة

ما هو القزم الأبيض؟

القزم الأبيض، هو أي فئة من النجوم الباهتة تمثل نقطة النهاية لتطور النجوم متوسطة ومنخفضة الكتلة. تتميز النجوم القزمية البيضاء، التي سميت بهذا الاسم بسبب اللون الأبيض للقلة الأولى التي تم اكتشافها، بأن كتلتلها تقترب من كتلة شمسنا تقريبًا ولكن بحجم لا يزيد عن حجم كوكبنا. صغر حجمها يجعل من الصعب العثور عليها ولا يمكن رؤيتها بالعين المجردة. ونظرًا لكتلتها الكبيرة وأبعادها الصغيرة، فإن هذه النجوم عبارة عن أجسام كثيفة ومضغوطة بمتوسط كثافة تقترب من 1000000 ضعف كثافة الماء. ينشأ الضوء الذي الخاص بها من الإطلاق البطيء والثابت لكميات هائلة من الطاقة المخزنة بعد مليارات السنين التي قضاها كمصدر للطاقة النووية.

كيف يولد القزم الأبيض؟

تعتمد كيفية تطور النجوم خلال حياتها على كتلتها. حيث أنه لن تصبح النجوم الأكثر ضخامة، التي تبلغ كتلتها ثمانية أضعاف كتلة الشمس أو أكثر، أقزامًا بيضاء. بدلاً من ذلك، في نهاية حياتهم، سوف ينفجرون في مستعر أعظم عنيف، تاركين وراءهم نجمًا نيوترونيًا أو ثقبًا أسود. ومع ذلك، فإن النجوم الأصغر ستأخذ مسارًا أكثر هدوءًا. أما النجوم ذات الكتلة المنخفضة إلى المتوسطة، مثل الشمس، سوف تتضخم في النهاية إلى عمالقة حمر. بعد ذلك، تلقي النجوم طبقاتها الخارجية في حلقة تعرف باسم السديم الكوكبي. واللب المتبقي سيكون قزمًا أبيض، قشرة نجم لا يحدث فيها اندماج هيدروجين.

هذا الإشعاع المستمر من القزم الأبيض، إلى جانب عدم وجود مصدر داخلي للطاقة، يعني أن القزم الأبيض يبدأ في البرودة. في نهاية المطاف، بعد مئات المليارات من السنين، سيبرد القزم الأبيض إلى درجات حرارة لا يعود مرئيًا عندها وسيصبح قزمًا أسود. مع هذه النطاقات الزمنية الطويلة للتبريد، ومع عمر الكون المقدّر حاليًا بـ 13.7 مليار سنة، حتى أقدم الأقزام البيضاء لا تزال تشع عند درجات حرارة تصل إلى بضعة آلاف كلفن، أما الأقزام السوداء فهي كيانات افتراضية.

النجوم الأصغر، مثل الأقزام الحمر، لا تصل إلى حالة العملاق الأحمر. إنهم ببساطة يحرقون كل الهيدروجين الخاص بهم، وينهون العملية كقزم أبيض خافت. ومع ذلك، فإن الأقزام الحمر تستغرق تريليونات السنين لاستهلاك وقودها. وهي فترة أطول بكثير من عمر الكون البالغ 13.8 مليار عام، لذلك لم تصبح الأقزام الحمراء أقزامًا بيضاء بعد.

مكونات القزم الأبيض

يتكون القزم الأبيض من نوى الهيليوم والكربون والأكسجين تسبح في بحر من الإلكترونات عالية الطاقة. الضغط المشترك للإلكترونات يجعل القزم الأبيض متماسكًا. مما يمنع المزيد من الانهيار نحو كيان أكثر غرابة مثل النجم النيوتروني أو الثقب الأسود.

خصائص فريدة

عندما ينفد وقود النجم، فإنه لم يعد يواجه ضغط خارجي من عملية الاندماج وينهار على نفسه داخليًا. وعلى الرغم أن الأقزام البيضاء تحتوي تقريبًا على نفس كتلة الشمس. لكن لها نصف قطر الأرض تقريبًا، وذلك وفقًا لموسوعة علم الفلك (Cosmos) من جامعة سوينبرن في أستراليا. وهذا يجعلها من بين أكثر الأجسام كثافة في الفضاء، حيث لا يمكن التغلب عليها إلا بالنجوم النيوترونية والثقوب السوداء. وفقًا لوكالة ناسا، فإن الجاذبية على سطح قزم أبيض تساوي 350 ألف ضعف الجاذبية على الأرض. وهذا يعني أن 150 رطلاً (68 كيلوجرامًا) على سطح الأرض قد تزن 50 مليون رطل (22.7 مليون كجم) على سطح قزم أبيض.

تصل الأقزام البيضاء إلى هذه الكثافة المذهلة لأنها انهارت بشدة بحيث تحطمت إلكتروناتها معًا، مكونة ما يسمى المادة المتحللة (degenerate matter). وستستمر النجوم السابقة في الانهيار حتى توفر الإلكترونات نفسها ما يكفي من قوة الضغط الخارجية لوقف السحق. وكلما زادت الكتلة، زادت قوة الجذب للداخل، وبالتالي فإن نصف قطر القزم الأبيض الأكثر كتلة أصغر من نظيره الأقل كتلة (كلما زادت كتلة القزم الأبيض، كلما صغر حجمه). تعني هذه الظروف أنه بعد فقدان الكثير من كتلته خلال مرحلة العملاق الأحمر، لا يمكن لأي قزم أبيض أن يتجاوز 1.4 مرة كتلة الشمس، يُعرف هذا بشكل مناسب باسم حد شاندراسيخار (Chandrasekhar limit) وهو الحد الأعلى النظري للكتلة التي يمكن أن يمتلكها القزم الأبيض ولا يزال قزمًا أبيض لأنه بعد هذه الكتلة، لم يعد ضغط الإلكترون قادرًا على دعم النجم وينهار إلى حالة أكثر كثافة – إما نجم نيوتروني أو ثقب أسود. يبلغ وزن أثقل قزم أبيض تمت ملاحظته حوالي 1.2 كتلة شمسية، بينما يزن الأخف وزنًا حوالي 0.15 كتلة شمسية فقط.

القزم الأبيض في نظام ثنائي

تتلاشى العديد من الأقزام البيضاء في غموض نسبي، وفي النهاية تشع كل طاقتها وتتحول إلى ما يسمى بالأقزام السوداء، لكن أولئك الذين يتشاركون في نظام مع النجوم المصاحبة قد يعانون من مصير مختلف.

إذا كان القزم الأبيض جزءًا من نظام ثنائي، فقد يتمكن من سحب مادة من رفيقه إلى سطحه. يمكن أن تؤدي زيادة كتلة القزم الأبيض إلى بعض النتائج المثيرة للاهتمام. أحد الاحتمالات هو أن الكتلة المضافة يمكن أن تتسبب في انهياره إلى نجم نيوتروني أكثر كثافة. أما النتيجة الأكثر إثارة هي تحوله إلى المستعر الأعظم من النوع 1a. فعندما يسحب القزم الأبيض المواد من النجم المرافق، تزداد درجة الحرارة، مما يؤدي في النهاية إلى رد فعل سريع يسبب انفجاره لمستعر أعظم عنيف يدمر القزم الأبيض. وتُعرف هذه العملية باسم النموذج الانحلال الفردي (single-degenerate model) للمستعر الأعظم من النوع 1a.

إذا كان الرفيق قزمًا أبيض آخر بدلاً من نجم نشط، فإنهما يندمجان معًا لبدء ما يشبه الألعاب النارية. تعرف هذه العملية باسم نموذج الانحلال المزدوج (double-degenerate model) للمستعر الأعظم من النوع 1a. وفي أحيان أخرى، قد يسحب القزم الأبيض ما يكفي من المواد من صاحبه ليشتعل لفترة وجيزة في مستعر، وهو انفجار أصغر بكثير. نظرًا لأن القزم الأبيض يظل سليمًا، ويمكنه تكرار العملية عدة مرات عندما يصل إلى تلك النقطة الحرجة، ويعيد الحياة إلى النجم المحتضر مرارًا وتكرارًا.

المصادر

• space
• nasa
• earth sky
• britannica
• astronmy.swin.edu