الباحثون من جامعة ناغويا في اليابان نشرت في علم الفلك الطبيعة نتائج النمذجة التفصيلية للبنية الداخلية للنجوم، تدحض وجهة نظر كانت موجودة منذ أكثر من 45 عاما. لقد وجد العلماء أن النجوم من النوع الشمسي تحتفظ بدوران تفاضلي مميز – يدور خط الاستواء دائمًا بشكل أسرع من القطبين، وهذا لا يتغير مع تقدم العمر.

لماذا كان يعتقد أن التناوب يتغير

في السابق، كان يُعتقد أن النجوم المتقدمة في السن غيرت نمط دورانها: كان من المفترض أن يدور القطبان بشكل أسرع من خط الاستواء. واستند هذا الافتراض إلى حقيقة أن الدوران الإجمالي يتباطأ مع تقدم العمر، وهو ما من المفترض أن يغير حركة الغاز داخل النجم. لكن الملاحظات لم تؤكد ذلك.

توفر الشمس والنجوم الصفراء المتوسطة الحجم المماثلة ظروفًا مستقرة لمليارات السنين. وبما أنه يتكون من غاز، فهو لا يدور مثل جسم صلب، بل يدور بشكل تفاضلي: يقوم خط الاستواء بدورة كاملة في حوالي 25 يومًا، والقطبان في 35 يومًا. وهذا ما يسمى بالتناوب التفاضلي من النوع الشمسي.

سر الدوران المستقر للنجوم من النوع الشمسي

وباستخدام حاسوب فوجاكو العملاق، تمكن الباحثون من محاكاة الأعمال الداخلية للنجوم بدقة قياسية، وتقسيم كل نجم إلى 5.4 مليار نقطة.

وأوضح هيديوكي هوتا، الأستاذ في معهد أبحاث الفضاء والبيئة الأرضية بجامعة ناغويا: “وجدنا أن الاضطراب والمغناطيسية يحافظان على الدوران المتسارع لخط الاستواء طوال حياة النجم، وليس فقط خلال حياته المبكرة”.

تعمل المجالات المغناطيسية كمثبت. وهي تحافظ على الدوران المميز، مما يمنع القطبين من تجاوز خط الاستواء، كما كان مفترضًا في النماذج القديمة. في السابق، وبسبب الدقة المنخفضة لعمليات المحاكاة، “اختفت” الحقول وتم التقليل من أهميتها.

الكمبيوتر العملاق يكشف أسرار النجوم

سمح الكمبيوتر العملاق Fugaku المثبت في RIKEN (كوبي، اليابان) للباحثين بأخذ أصغر التفاصيل في الاعتبار والتي لم تكن ممكنة باستخدام الطرق القديمة. وقد أظهرت النماذج أن المغناطيسية تضعف تدريجيا، ولكنها لا تتعافى في سن الشيخوخة ولا تؤدي إلى نوع عكسي من الدوران، حيث يدور القطبان بشكل أسرع من خط الاستواء.

وأشار يوشيكي هاتا، المؤلف المشارك للدراسة:

“عمليات المحاكاة لدينا تعيد إنتاج الدوران المرصود للشمس بشكل مثالي تقريبًا. وعندما نطبقه على النجوم التي تدور ببطء، فإنها تتطابق أيضًا مع الملاحظات ولا تظهر دورانًا عكسيًا.”

الآثار العملية لعلم النجوم

أصبح لدى علماء الفلك الآن فهم أكثر دقة للديناميكيات الداخلية للنجوم الشمسية. ويساعد هذا في تفسير دورة النشاط الشمسي التي تبلغ 11 عامًا والتنبؤ بتأثير النشاط المغناطيسي على صلاحية الكواكب للسكن. وستعمل البيانات الجديدة أيضًا على تحسين نماذج التطور النجمي وتفسير ملاحظات النجوم البعيدة.

تم استخدام Fugaku منذ مارس 2021 وحقق أفضل النتائج على مستوى العالم في اختبارات الكمبيوتر العملاق الدولية. تتيح الدقة العالية للنمذجة للعلماء إنشاء سيناريوهات واقعية لسلوك النجوم على مدى مليارات السنين وفهم آليات دورانها الداخلي بشكل أفضل.