توسع السدم الكوكبية قذائف الغاز التي تطلقها النجوم الشبيهة بالشمس في نهاية حياتها. تقضي النجوم الشبيهة بالشمس معظم حياتها في حرق الهيدروجين إلى الهيليوم. في نهاية مرحلة اندماج الهيدروجين هذه ، تزيد هذه النجوم قطرها بحوالي 100 وتصبح "نجوم عملاقة حمراء". في نهاية المرحلة العملاقة الحمراء ، تنفجر الطبقات الخارجية للنجم. يستمر الغاز المنبعث في التوسع من النجم المركزي المتبقي ، والذي يتطور لاحقًا إلى "قزم أبيض" عندما يتوقف كل الاندماج النووي. يعتقد علماء الفلك أن السديم الكوكبي يتشكل عندما تلتقط رياح نجمية سريعة تأتي من النجم المركزي رياحًا أبطأ تم إنتاجها في وقت سابق عندما أخرج النجم معظم طبقاته الخارجية. عند الحدود بين الريحتين ، تحدث صدمة تنتج القشرة الكثيفة المرئية المميزة للسدم الكوكبية. قذيفة الغاز متحمسة ومضيئة بالضوء المنبعث من النجم المركزي الحار. الضوء من النجم المركزي قادر على إضاءة السديم الكوكبي لمدة 10000 عام.
الأشكال المرصودة للسدم الكوكبية محيرة للغاية: معظمها (حوالي 80 ٪) ثنائي القطب أو بيضاوي الشكل بدلاً من التناظر الكروي. وقد أدى هذا التعقيد إلى صور جميلة ومذهلة تم الحصول عليها باستخدام التلسكوبات الحديثة. تقارن الصور أدناه السدم الكوكبية مع الأشكال ثنائية القطب (يسار) وشكل كروي (يمين).
السبب في أن معظم السدم الكوكبية ليست كروية غير مفهومة جيدًا. تم النظر في العديد من الفرضيات حتى الآن. يقترح أحدهم أن الأشكال الغريبة للسدم الكوكبية قد تكون راجعة إلى بعض التأثير بالطرد المركزي الناتج عن الدوران السريع للعمالقة الحمراء. نظرية أخرى هي أن تناظر رياح النجم قد يتأثر بنجم مصاحب. ومع ذلك ، فإن أحدث النظريات المقنعة التي تشرح أشكال السدم تنطوي على مجالات مغناطيسية.
إن وجود المجالات المغناطيسية يفسر بشكل رائع الأشكال المعقدة للسدم الكوكبية ، حيث يتم حبس المادة المقذوفة على طول خطوط المجال المغناطيسي. يمكن مقارنة ذلك مع برادة الحديد المحبوسة على طول الخطوط الميدانية لمغناطيس بار - وهو عرض كلاسيكي في فصول الفيزياء في المدرسة الثانوية. نظرًا لأن الحقول المغناطيسية القوية على سطح النجم تمارس أيضًا ضغطًا على الغاز ، يمكن أن تترك المادة بسهولة أكبر النجم في الأقطاب المغناطيسية حيث يكون المجال المغناطيسي أقوى.
هناك العديد من الطرق التي يمكن من خلالها إنشاء المجالات المغناطيسية بالقرب من السدم الكوكبية. يمكن إنتاج الحقول المغناطيسية بواسطة دينامو نجمي خلال المرحلة عندما يتم إخراج السديم. لكي يكون دينامو موجودًا ، يجب أن يدور قلب النجم بشكل أسرع من الغلاف (كما هو الحال في الشمس). من الممكن أيضًا أن تكون المجالات المغناطيسية عبارة عن بقايا أحفورية للمراحل السابقة من التطور النجمي. في معظم الظروف ، تكون المادة في النجوم موصلة للكهرباء بشكل كبير بحيث يمكن للحقول المغناطيسية أن تعيش لملايين أو مليارات السنين. كلتا الآليتين ، مقترنة بتفاعل المادة المقذوفة مع الغاز النجمي المحيط ، ستكون قادرة على تشكيل السدم الكوكبية.
حتى وقت قريب ، كانت فكرة أن الحقول المغناطيسية عنصرًا مهمًا في تشكيل السدم الكوكبية هي ادعاء نظري بحت. في عام 2002 ، تم العثور على المؤشرات الأولى لوجود مثل هذه المجالات المغناطيسية. كشفت الملاحظات الراديوية عن المجالات المغناطيسية في الأظرف المحيطة بالنجوم العملاقة. هذه المغلفات المحيطية هي في الواقع أسلاف السدم الكوكبية. ومع ذلك ، لم يلاحظ أي مجال مغناطيسي من هذا القبيل في السدم نفسها. للحصول على دليل مباشر على وجود المجالات المغناطيسية في السدم الكوكبية ، قرر الفلكيون التركيز على النجوم المركزية ، حيث كان يجب أن تبقى المجالات المغناطيسية على قيد الحياة.
وقد تم الآن الحصول على هذا الدليل المباشر الأول. لأول مرة ، اكتشف ستيفان جوردان وفريقه المجالات المغناطيسية في العديد من النجوم المركزية للسدم الكوكبية. باستخدام مقياس طيفي FORS1 من تلسكوب كبير جدًا من فئة 8 أمتار (VLT ، المرصد الجنوبي الأوروبي ، تشيلي) ، قاموا بقياس استقطاب الضوء المنبعث من أربعة من هذه النجوم. إن توقيعات الاستقطاب في الخطوط الطيفية تجعل من الممكن تحديد شدة المجالات المغناطيسية في النجوم المرصودة. في وجود مجال مغناطيسي ، تغير الذرات طاقتها بطريقة مميزة ؛ يسمى هذا التأثير بتأثير زيمان وقد اكتشفه بيتر زيمان عام 1896 في ليدن (هولندا). إذا كانت هذه الذرات تمتص الضوء أو تصدره ، يصبح الضوء مستقطبًا. وهذا يجعل من الممكن تحديد قوة المجال المغناطيسي عن طريق قياس قوة الاستقطاب. وعادة ما تكون توقيعات الاستقطاب ضعيفة للغاية. تتطلب هذه القياسات بيانات عالية الجودة للغاية لا يمكن الحصول عليها إلا باستخدام مقاريب من فئة 8 أمتار مثل VLT.
لاحظ الفريق أربعة نجوم مركزية للسدم الكوكبية ، وعُثر على المجالات المغناطيسية في كل منها. تم اختيار هذه النجوم الأربعة لأن السدم الكوكبية المرتبطة بها (المسماة NGC 1360 و HBDS1 و EGB 5 و Abell 36) كلها غير كروية. لذلك ، إذا كانت فرضية المجال المغناطيسي لشرح أشكال السدم الكوكبية صحيحة ، يجب أن يكون لهذه النجوم مجالات مغناطيسية قوية. تظهر هذه النتائج الجديدة أن هذا هو الحال بالفعل: تتراوح قوة المجالات المغناطيسية المكتشفة من 1000 إلى 3000 غاوس ، أي حوالي ألف مرة من كثافة المجال المغناطيسي العالمي للشمس.
تدعم هذه الملاحظات الجديدة التي نشرها ستيفان جوردان وزملاؤه الفرضية القائلة بأن الحقول المغناطيسية تلعب دورًا رئيسيًا في تشكيل السدم الكوكبية. يخطط الفريق الآن للبحث عن الحقول المغناطيسية في النجوم المركزية للسدم الكوكبية الكروية. يجب أن تحتوي هذه النجوم على مجالات مغناطيسية أضعف من تلك التي تم اكتشافها للتو. ستسمح هذه الملاحظات المستقبلية لعلماء الفلك بتحديد كمية الارتباط بين المجالات المغناطيسية والأشكال الغريبة للسدم الكوكبية بشكل أفضل.
في السنوات القليلة الماضية ، أدت الملاحظات القطبية باستخدام VLT إلى اكتشاف المجالات المغناطيسية في عدد كبير من الأجسام النجمية في مراحل التطور المتأخرة. بالإضافة إلى تحسين فهمنا لهذه السدم الكوكبية الجميلة ، فإن الكشف عن هذه المجالات المغناطيسية يسمح للعلم باتخاذ خطوة إلى الأمام نحو توضيح العلاقة بين المجالات المغناطيسية والفيزياء النجمية.
المصدر الأصلي: قصة علم الأحياء الفلكية لناسا
