للنجوم دورة حياة تمتد من بضعة ملايين إلى تريليونات السنين. تولد، وتخضع لتغيرات مع مرور الوقت، ثم تنتهي بنفاد وقودها لتصبح جرمًا متبقيًا شديد الكثافة. قد يكون النجم المحترق قزمًا أبيض أو نجمًا نيوترونيًا أو ثقبًا أسود ، وذلك بحسب كتلته الأصلية.
تبدأ حياة النجم في سحبٍ ضخمة من الغاز والغبار بين النجوم في المجرة ، حيث تتكتل الغازات نتيجةً لتجمعاتٍ تتراوح كثافتها من درجات حرارة منخفضة إلى عالية. تتجمع هذه التكتلات تدريجيًا لتزيد من كمية المادة وتنمو. عند نقطةٍ ما، تنهار هذه التكتلات بفعل ازدياد قوة الجاذبية. يؤدي الاحتكاك أثناء الانهيار إلى تسخين المادة، فيولد نجمٌ وليد. هذه هي مرحلة النجم الأولي في دورة حياة النجم.
يستمر الانهيار تحت تأثير الجاذبية. ونتيجة لذلك، تستمر درجة الحرارة والضغط في النواة بالارتفاع. بعد ملايين السنين، تصل درجة الحرارة والضغط في نواة النجم الأولي إلى مستوى يسمح باندماج نوى الهيدروجين. يُطلق الاندماج النووي كمية هائلة من الطاقة التي تُسخن المادة بدرجة كافية لمنع المزيد من الانهيار تحت تأثير الجاذبية. تُعد هذه المرحلة، التي يحدث فيها الاندماج النووي بثبات (وتُسخن الطاقة المنبعثة المادة بدرجة كافية لمنع الانهيار بفعل الجاذبية)، المرحلة الرئيسية والأطول في حياة النجم. تُسمى النجوم في هذه المرحلة "نجوم التسلسل الرئيسي"، وتُسمى هذه المرحلة " مرحلة التسلسل الرئيسي ". يُعد الهيدروجين الوقود الرئيسي للنجم. يعتمد معدل استهلاك الوقود على كتلة النجم. يستهلك النجم الضخم الوقود بمعدل أعلى لإطلاق طاقة كافية لمنع انهياره تحت تأثير الجاذبية.
عند نفاد الوقود، يتوقف الاندماج النووي، فلا توجد طاقة كافية لتسخين المواد لموازنة قوة الجاذبية، فينهار لب النجم تحت تأثيرها، تاركًا وراءه بقايا مضغوطة. هذه هي نهاية النجم. يتحول النجم الميت إما إلى قزم أبيض أو نجم نيوتروني أو ثقب أسود ، وذلك تبعًا لكتلة النجم الأصلي.
عندما تقل كتلة النجم الأصلي عن ثمانية أضعاف كتلة الشمس (<8 M⦿ ) ، يتحول إلى قزم أبيض . أما النجم الميت فيتحول إلى نجم نيوتروني عندما تتراوح كتلته الأصلية بين 8 و20 ضعف كتلة الشمس (8 M⦿ < M < 20 M⦿ ) ، بينما تتحول النجوم التي تزيد كتلتها عن 20 ضعف كتلة الشمس (>20 M⦿ ) إلى ثقوب سوداء عند نفاد وقودها.
الأقزام البنية (BDs)
تصل النجوم في دورة حياتها إلى "مرحلة الاندماج النووي" أو "مرحلة التسلسل الرئيسي". ماذا لو تشكل جرم سماوي مثل نجم ولكنه لم يصل إلى هذه المرحلة؟
تبدأ الأقزام البنية حياتها كالنجم، ثم تصبح كثيفة بما يكفي لتنهار تحت تأثير جاذبيتها، لكن نواتها لا تصل أبدًا إلى الكثافة والحرارة الكافيتين لبدء الاندماج النووي، وبالتالي لا تتحول إلى نجم حقيقي. وتتشابه هذه الأجرام في خصائصها مع كل من النجوم والكواكب.
الأقزام السوداء أصغر من النجوم، لكنها مع ذلك أكبر بكثير من الكواكب . بعض الأقزام السوداء الأصغر حجماً تُضاهي الكواكب في الحجم . أصغرها المعروف يبلغ حجمه سبعة أضعاف حجم كوكب المشتري تقريباً.
تعتبر الأقزام السوداء مهمة لنموذج تكوين النجوم في السحب بين النجوم من الغازات والغبار. تجري محاولات لتحديد أصغر الأجسام التي تتشكل بطريقة تشبه النجم.
أصغر قزم بني
أجرى باحثون مؤخراً مسحاً لمركز عنقود النجوم IC 348، الواقع على بُعد حوالي 1,000 سنة ضوئية، باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) . وبناءً على القياسات الضوئية للأجرام، حدد الفريق ثلاثة مرشحين لأن يكونوا أقزاماً سوداء. أحد هذه الأجرام لا تتجاوز كتلته كتلة كوكب المشتري بثلاثة إلى أربعة أضعاف، مما يجعله أصغر قزم أسود معروف حتى الآن.
القزم الأسود الذي تبلغ كتلته ثلاثة أضعاف كتلة المشتري سيكون أصغر بـ 300 مرة من الشمس. من الصعب تفسير كيفية تشكل هذا القزم الأسود الصغير بطريقة تشبه النجم، لأن السحابة الصغيرة بين النجوم لا تنهار عادة لتؤدي إلى ظهور قزم أسود بسبب جاذبيتها الضعيفة. وبالتالي، فإن مثل هذا القزم الأسود الصغير يشكل تحديًا أمام النماذج الحالية لتكوين النجوم.
***
المراجع:
- لوهمان ك.ل. وآخرون 2023. مسح JWST للأقزام البنية ذات الكتلة الكوكبية في IC 348. المجلة الفلكية، المجلد 167، العدد 1. نُشرت في 13 ديسمبر 2023. DOI: https://doi.org/10.3847/1538-3881/ad00b7
- يحدد ويب التابع لناسا أصغر قزم بني عائم حر تم النشر في 13 ديسمبر 2023. متاح على https://www.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-identifies-tiniest-free-floating-brown-dwarf/
***
