سماءنا مغطاة ببحر من الأشباح النجمية. جميع الأشباح المحتملة التي ماتت منذ ملايين السنين ومع ذلك لا نعرفها بعد. هذا ما سنناقشه اليوم. ماذا يحدث لأكبر نجومنا وكيف يؤثر ذلك على تركيبة الكون التي نعيش فيها.
نبدأ هذه الرحلة بمراقبة سديم السرطان. تمتد ألوانه الجميلة للخارج إلى الفراغ الداكن. مقبرة سماوية تحتوي على حدث عنيف وقع منذ آلاف السنين. يمكنك الوصول وبنقرة من معصمك ، تبدأ في إعادة لف الوقت ومشاهدة هذه السدم الجميلة تبدأ في التقلص. مع دوران الساعة للخلف ، تبدأ ألوان السديم بالتغير ، وتلاحظ أنها تتقلص إلى نقطة واحدة. مع اقتراب التقويم 5 يوليو 1054 ، تضيء السحابة الغازية وتستقر على نقطة واحدة في السماء مشرقة مثل البدر وتكون مرئية خلال النهار. يتلاشى السطوع ، وفي النهاية يكون هناك تحديد دقيق للضوء ؛ نجم لا نراه اليوم. مات هذا النجم ، ولكن في هذه اللحظة من الزمن لم نكن لنعرف ذلك. بالنسبة للمراقب قبل هذا التاريخ ، ظهر هذا النجم إلى الأبد ، كما فعلت جميع النجوم الأخرى. ومع ذلك ، كما نعلم من وجهة نظرنا المتميزة ، فإن هذا النجم على وشك الذهاب إلى السوبرنوفا ويولد أحد أكثر السدم المذهلة التي نلاحظها اليوم.
الأشباح النجمية هي طريقة مناسبة لوصف العديد من النجوم الضخمة التي نراها منتشرة في جميع أنحاء الكون. ما لا يدركه الكثيرون هو أنه عندما ننظر إلى أعماق الكون ، فإننا لا ننظر فقط عبر مسافات شاسعة ، ولكننا ننظر إلى الزمن. إحدى الخصائص الأساسية للكون التي نعرفها جيدًا هي أن الضوء ينتقل بسرعة محدودة: حوالي 300.000.000 م / ث (تقريبًا 671.000.000 ميل / س). تم تحديد هذه السرعة من خلال العديد من الاختبارات الصارمة والأدلة المادية. في الواقع ، إن فهم هذا الثابت الأساسي هو مفتاح لكثير مما نعرفه عن الكون ، خاصة فيما يتعلق بالنسبية العامة وميكانيكا الكم. على الرغم من ذلك ، فإن معرفة سرعة الضوء هي المفتاح لفهم ما أعنيه بالأشباح النجمية. ترى ، المعلومات تتحرك بسرعة الضوء. نستخدم الضوء من النجوم لمراقبتهم ومن هذا نفهم كيف تعمل.
أحد الأمثلة اللائقة على هذا الفارق الزمني هو شمسنا. تقع شمسنا على بعد 8 دقائق ضوئية تقريبًا. وهذا يعني أن الضوء الذي نراه من نجمنا يستغرق 8 دقائق للقيام بالرحلة من سطحه إلى أعيننا على الأرض. لو اختفت شمسنا فجأة الآن ، لما عرفنا عنها لمدة 8 دقائق ، هذا لا يشمل فقط الضوء الذي نراه ، ولكن حتى تأثيره الثقالي الذي يمارس علينا. لذا إذا اختفت الشمس الآن ، فسنستمر في مسارنا المداري حول نجمنا غير الموجود الآن لمدة 8 دقائق أخرى قبل أن تصل إلينا معلومات الجاذبية لإعلامنا أننا لم نعد ملتزمين بالجاذبية. وهذا يحدد الحد الأقصى للسرعة الكونية لمدى السرعة التي يمكننا بها تلقي المعلومات ، مما يعني أن كل ما نلاحظه في أعماق الكون يأتي إلينا كما كان قبل "س" من السنوات ، حيث "س" هي مسافة الضوء منا. هذا يعني أننا نلاحظ نجمًا يبعد عنا 10 سنوات ضوئية كما كان قبل 10 سنوات. إذا مات هذا النجم الآن ، فلن نعرف عنه لمدة 10 سنوات أخرى. وبالتالي ، يمكننا تعريفه على أنه "شبح نجمي" ؛ نجم ميت من وجهة نظره في موقعه ، ولكنه لا يزال حياً وبصحة جيدة في نظرنا.
كما هو مشار إليه في مقال سابق لي (النجوم: يوم في الحياة) ، فإن تطور النجم معقد وديناميكي للغاية. تلعب العديد من العوامل دورًا مهمًا في كل شيء بدءًا من تحديد ما إذا كان النجم سيتشكل في المقام الأول إلى الحجم وبالتالي عمر النجم المذكور. في المقالة السابقة المذكورة أعلاه ، أغطي أساسيات التكوين النجمي وحياة ما نسميه نجوم التسلسل الرئيسية ، أو بالأحرى النجوم التي تشبه إلى حد كبير شمسنا. في حين أن عملية تكوين وحياة نجم التسلسل الرئيسي والنجوم التي سنناقشها متشابهة إلى حد ما ، فهناك اختلافات مهمة في الطريقة التي سنحقق فيها النجوم. تعتبر وفيات النجوم التسلسلية الرئيسية مثيرة للاهتمام ، لكنها بالكاد تقارن بطرق ثني الزمكان التي تنتهي بها هذه النجوم الأكبر.
كما ذكرنا أعلاه ، عندما كنا نراقب النجم الراحل الذي كان يكمن في مركز سديم السرطان ، كانت هناك نقطة يتوهج فيها هذا الجسم مثل البدر ويمكن رؤيته خلال النهار. ما الذي يمكن أن يجعل شيئًا ما ساطعًا لدرجة أنه يمكن مقارنته بأقرب جار سماوي لنا؟ بالنظر إلى سديم السرطان ، يبعد 6523 سنة ضوئية ، وهذا يعني أن شيئًا يبعد حوالي 153 مليار مرة عن القمر الذي كان ساطعًا مثل القمر. وذلك لأن النجم ذهب إلى مستعر أعظم عندما مات ، وهو مصير النجوم التي هي أكبر بكثير من شمسنا. النجوم الأكبر من شمسنا ستنتهي في حالتين متطرفتين للغاية عند موتها: النجوم النيوترونية والثقوب السوداء. كلاهما موضوعان جديران يمكن أن يمتدان أسابيع في دورة في الفيزياء الفلكية ، لكن بالنسبة لنا اليوم ، سنستعرض ببساطة كيفية تشكل هذه الوحوش الجاذبية وماذا يعني ذلك بالنسبة لنا.
حياة النجم هي قصة اندماج شبه هارب تحتويه قبضة وجوده الجاذبي. نحن نسمي هذا التوازن الهيدروستاتيكي ، حيث الضغط الخارجي من عناصر الاندماج في قلب النجم يساوي ضغط الجاذبية الداخلي الذي يتم تطبيقه بسبب كتلة النجم. في قلب كل النجوم ، يتم دمج الهيدروجين في الهيليوم (في البداية). جاء هذا الهيدروجين من السديم الذي ولد منه النجم ، والذي اندمج وانهار ، مما منح النجم أول فرصة له في الحياة. طوال عمر النجم ، سيتم استخدام الهيدروجين ، وسوف يتكثف المزيد والمزيد من "رماد" الهيليوم في وسط النجم. في النهاية ، سينفد النجم من الهيدروجين ، وسيتوقف الاندماج لفترة وجيزة. يسمح هذا النقص في الضغط الخارجي بسبب عدم حدوث اندماج مؤقتًا بفوز الجاذبية ويسحق النجم إلى أسفل. مع تقلص النجم ، تزداد الكثافة ، وبالتالي تزداد درجة الحرارة في قلب النجم. في النهاية ، يصل إلى درجة حرارة معينة ويبدأ رماد الهيليوم في الاندماج. هذه هي الطريقة التي تتقدم بها جميع النجوم طوال الجزء الرئيسي من حياتها وحتى المراحل الأولى من وفاتها. ومع ذلك ، هذا هو المكان الذي نناقش فيه النجوم بحجم الشمس والنجوم الضخمة طرقًا جزئية.
النجم الذي يقترب تقريبًا من حجم شمسنا سوف يمر بهذه العملية حتى يصل إلى الكربون. النجوم بهذا الحجم ليست كبيرة بما يكفي لدمج الكربون. وهكذا ، عندما يتم دمج كل الهليوم في الأكسجين والكربون (عبر عمليتين معقدتين جدًا بحيث لا يمكن تغطيتهما هنا) ، لا يمكن للنجم "سحق" الأكسجين والكربون بما يكفي لبدء الاندماج ، ويفوز الجاذبية ويموت النجم. لكن النجوم التي لديها كتلة كافية بما يكفي من شمسنا (حوالي 7 أضعاف الكتلة) يمكن أن تستمر في تجاوز هذه العناصر وتظل مشرقة. لديهم كتلة كافية لمواصلة عملية "السحق والصهر" هذه التي هي التفاعلات الديناميكية في قلوب هذه الأفران السماوية.
ستستمر هذه النجوم الأكبر في عملية الاندماج بعد الكربون والأكسجين ، والسيليكون الماضي ، حتى تصل إلى الحديد. الحديد هو مذكرة الموت التي غنتها هذه الحيوانات العملاقة المتوهجة ، كما هو الحال عندما يبدأ الحديد في ملء قلبه المحتضر الآن ، فإن النجم في رميات الموت. لكن هذه الهياكل الضخمة من الطاقة لا تذهب بهدوء إلى الليل. يخرجون بأكثر الطرق إثارة. عندما يندمج آخر العناصر غير الحديدية في نوىها ، يبدأ النجم في لائقة في النسيان. يأتي النجم ليصطدم بنفسه حيث لا توجد وسيلة لدرء قبضة الجاذبية التي لا هوادة فيها ، وسحق الطبقات اللاحقة من العناصر المتبقية من حياته. يتم تحقيق هذا السقوط الحر الداخلي بحجم معين مع قوة مستحيلة للخرق ؛ ضغط تنكس نيوتروني يجبر النجم على الارتداد للخارج. تعود هذه الكمية الضخمة من سباقات الطاقة الجاذبية والحركية مع غضب يضيء الكون ، متفوقًا على المجرات بأكملها في لحظة. هذا الغضب هو دم حياة الكون. يدق الطبل في المجرة السيمفونية ، حيث تسمح هذه الطاقة المكثفة بدمج العناصر الأثقل من الحديد ، وصولاً إلى اليورانيوم. تنفجر هذه العناصر الجديدة إلى الخارج بهذه القوة المدهشة ، حيث تركب موجات الطاقة التي تلقيها عميقًا في الكون ، وتزرع الكون بكل العناصر التي نعرفها.
لكن ماذا بقي؟ ماذا يوجد بعد هذا الحدث الرائع؟ كل هذا يتوقف مرة أخرى على كتلة النجم. كما ذكرنا سابقًا ، فإن الشكلين اللذين يأخذهما النجم الضخم الميت هما إما نيوترون ستار أو الثقب الأسود. بالنسبة لنجم نيوترون ، تكون التركيبة معقدة للغاية. بشكل أساسي ، فإن الأحداث التي وصفتها تحدث ، باستثناء كل ما تبقى من المستعرات الأعظمية ، كل ما تبقى هو كرة من النيوترونات المنحلة. الانحطاط هو ببساطة مصطلح نطبقه على الشكل الذي تتخذه المادة عندما يتم ضغطه إلى الحدود التي تسمح بها الفيزياء. شيء منحط كثيف للغاية ، وهذا ينطبق على النجم النيوتروني. رقم قد سمعت به هو أن ملعقة صغيرة من مادة النجم النيوتروني تزن حوالي 10 مليون طن ، ولديها سرعة هروب (السرعة اللازمة للابتعاد عن سحب الجاذبية) حوالي 0.4c ، أو 40٪ من السرعة من الضوء. أحيانًا يُترك النجم النيوتروني يدور بسرعات لا تصدق ، ونطلق عليها اسم النجوم النابضة. الاسم مشتق من كيفية اكتشافنا لها.
هذه الأنواع من النجوم تولد الكثير من الإشعاع. النجوم النيوترونية لها مجال مغناطيسي هائل. يسرع هذا المجال الإلكترونات في أجواءها النجمية إلى سرعات لا تصدق. تتبع هذه الإلكترونات خطوط المجال المغناطيسي للنجم النيوتروني إلى أقطابها ، حيث يمكنها إطلاق موجات الراديو والأشعة السينية وأشعة غاما (اعتمادًا على نوع النجم النيوتروني). نظرًا لأن هذه الطاقة تتركز على القطبين ، فإنها تخلق نوعًا من تأثير المنارة مع أشعة عالية الطاقة تعمل مثل أشعة الضوء الخارجة من المنارة. مع دوران النجم ، تجتاح هذه الحزم عدة مرات في الثانية. إذا تصادف أن تكون الأرض ، وبالتالي معدات المراقبة الخاصة بنا ، موجهة بشكل إيجابي مع هذا النجم النابض ، فسوف نسجل "نبضات" الطاقة هذه بينما تغمر أشعة النجوم فوقنا. بالنسبة لجميع النجوم النابضة التي نعرفها ، نحن بعيدون جدًا عن هذه الحزم من الطاقة لإيذائنا. ولكن إذا كنا قريبين من أحد هذه النجوم الميتة ، فإن هذا الإشعاع الذي يغسل على كوكبنا بشكل مستمر سيؤدي إلى انقراض معين للحياة كما نعرفها.
ماذا عن الشكل الآخر الذي يتخذه النجم الميت؟ ثقب أسود؟ كيف يحدث هذا؟ إذا كانت المادة المتحللة بعيدة عن سحق المادة ، فكيف يظهر الثقب الأسود؟ ببساطة ، الثقوب السوداء هي نتيجة لنجم كبير لا يمكن تصوره وبالتالي كمية ضخمة من المادة قادرة على "كسر" ضغط الانحلال النيوتروني عند الانهيار. يسقط النجم بشكل أساسي إلى الداخل بهذه القوة التي تخترق هذا الحد المادي على ما يبدو ، وتحول على نفسها وتلف الزمكان إلى نقطة كثافة لا نهائية ؛ التفرد. يحدث هذا الحدث المذهل عندما يكون للنجم ما يقرب من 18 ضعف كمية الكتلة التي تمتلكها شمسنا ، وعندما تموت ، تكون حقاً مثالًا للفيزياء التي تذهب إلى أقصى الحدود. هذا "الجزء الإضافي من الكتلة" هو ما يسمح لها بتدمير هذه الكرة من النيوترونات المنحلة والسقوط نحو اللانهاية. إنه أمر مرعب وجميل للتفكير فيه ؛ نقطة في الزمكان ليست مفهومة بالكامل من قبل فيزياءنا ، ومع ذلك يوجد شيء نعرفه موجود. الشيء الرائع حقًا في الثقوب السوداء هو أنه مثل الكون يعمل ضدنا. يتم تأمين المعلومات التي نحتاجها لفهم العمليات داخل الثقب الأسود بشكل كامل خلف الحجاب الذي نسميه أفق الحدث. هذه هي نقطة اللاعودة لثقب أسود ، حيث لا يوجد أي شيء أبعد من هذه النقطة في الزمكان ليس له مسارات مستقبلية تؤدي إلى الخروج منه. لا شيء يهرب في هذه المسافة من النجم المنهار في قلبه ، ولا حتى الضوء ، وبالتالي لا تترك أي معلومات على الإطلاق هذه الحدود (على الأقل ليس في شكل يمكننا استخدامه). إن القلب المظلم لهذا الجسم المذهل يترك الكثير مما هو مرغوب فيه ، ويغرينا بالعبور إلى عالمه من أجل محاولة معرفة المجهول ؛ لفهم ثمرة شجرة المعرفة.
الآن يجب أن يقال ، هناك الكثير في طريق البحث مع الثقوب السوداء حتى يومنا هذا. يعمل الفيزيائيون مثل البروفيسور ستيفين هوكينج ، من بين آخرين ، بلا كلل على الفيزياء النظرية وراء كيفية عمل الثقب الأسود ، محاولين حل التناقضات التي تظهر بشكل متكرر عندما نحاول استخدام أفضل ما لدينا من الفيزياء ضدهم. هناك العديد من المقالات والأبحاث حول هذا البحث والنتائج التي توصلوا إليها ، لذلك لن أتعمق في تعقيداتهم على حد سواء الذين يرغبون في الحفاظ على البساطة في الفهم ، وكذلك عدم الابتعاد عن العقول المذهلة التي تعمل في هذه القضايا. يقترح الكثيرون أن التفرد هو فضول رياضي لا يمثل تمامًا ما يحدث جسديًا. أن الأمر داخل أفق الحدث يمكن أن يتخذ أشكالًا جديدة وغريبة. من الجدير بالذكر أيضًا أنه في نظرية النسبية العامة ، يمكن لأي شيء ذي كتلة أن ينهار إلى ثقب أسود ، ولكننا نتمسك عمومًا بمجموعة من الكتل حيث أن إنشاء ثقب أسود مع أي شيء أقل مما هو في نطاق الكتلة هذا يتجاوز فهمنا لكيفية قد يحدث. ولكن بصفتي شخصًا يدرس الفيزياء ، سيكون من الخطأ ألا أذكر أنه حتى الآن ، نحن في قسم عرضي مثير للاهتمام من الأفكار التي تتعامل بشكل وثيق للغاية مع ما يجري بالفعل في إطار شبح الجاذبية هذه.
كل هذا يعيدني إلى النقطة التي يجب القيام بها. حقيقة يجب الاعتراف بها. كما وصفت موت هذه النجوم الضخمة ، لمست شيء يحدث. بينما يتمزق النجم بعيدًا عن طاقته الخاصة ويتم نفخ محتوياته للخارج في الكون ، يحدث شيء يسمى التخليق النووي. هذا هو دمج العناصر لإنشاء عناصر جديدة. من الهيدروجين إلى اليورانيوم. يتم تفجير هذه العناصر الجديدة إلى الخارج بسرعة لا تصدق ، وبالتالي فإن جميع هذه العناصر ستجد طريقها في النهاية إلى السحب الجزيئية. الغيوم الجزيئية (السدم المظلمة) هي المشاتل النجمية للكون. من هنا تبدأ النجوم. ومن تكوين النجوم نحصل على تكوين الكواكب.
عندما يتشكل النجم ، فإن سحابة من الحطام تتكون من السحابة الجزيئية التي ولدت قال النجم تبدأ تدور حولها. تحتوي هذه السحابة ، كما نعلم الآن ، على جميع العناصر التي تم طهيها في المستعرات الأعظمية لدينا. الكربون والأكسجين والسيليكات والفضة والذهب. كلهم موجودون في هذه السحابة. هذا القرص التراكمي حول هذا النجم الجديد هو المكان الذي تتشكل فيه الكواكب ، وتتجمع من هذه البيئة المخصبة. تصطدم كرات من الصخور والجليد ، متراكمة ، يتم تمزيقها ثم إصلاحها حيث تعمل الجاذبية بأيديها الدؤوبة لتشكيل هذه العوالم الجديدة إلى جزر محتملة. تتكون هذه الكواكب من نفس العناصر التي تم توليفها في ذلك الثوران الكارثي. تحتوي هذه العوالم الجديدة على مخططات الحياة كما نعرفها.
عند أحد هذه العوالم ، يحدث مزيج معين من الهيدروجين والأكسجين. ضمن هذا الخليط ، تتشكل ذرات كربون معينة لإنشاء سلاسل متكررة تتبع نمطًا بسيطًا. ربما بعد مليارات السنين ، هذه العناصر نفسها التي تم دفعها إلى الكون من قبل هذا النجم المحتضر تجد نفسها تعطي الحياة لشيء يمكن أن ينظر إليه ويقدر جلال الكون. ربما أن شيئًا ما لديه ذكاء لإدراك أن ذرة الكربون بداخلها هي نفس ذرة الكربون التي تم إنشاؤها في نجم يحتضر ، وأن مستعرات أعظم حدثت مما سمح لذرة الكربون أن تجد طريقها إلى الجزء الصحيح من الكون عند الوقت المناسب. كانت الطاقة التي كانت آخر أنفاس ميتة لنجم ميت طويل هي نفس الطاقة التي سمحت للحياة بأن تأخذ أنفاسها الأولى وتحدق في النجوم. هذه الأشباح النجمية هي أسلافنا. لقد ذهبوا في الشكل ، لكنهم ما زالوا داخل ذاكرتنا الكيميائية. إنهم موجودون في داخلنا. نحن مستعر أعظم. نحن غبار النجوم. نحن منحدرون من الأشباح النجمية ...
