قد يعتمد مصير النجم الضخم المحتضر على ما هو أكثر من كتلته وبنيته الداخلية.
لا ينطفئ النجم الضخم دائمًا في شكل مستعر أعظم لامع. وبدلاً من ذلك، ينهار بعضها متحولًا إلى ثقوب سوداء، ومن المحتمل أن يكون هناك انفجار ضئيل أو معدوم. إن ما يحدد المسار الذي سيسلكه النجم المحتضر يظل واحدًا من المشكلات الرئيسية التي لم يتم حلها في الفيزياء الفلكية النجمية.
محاكاة جديدة من الباحثين في جامعة كوبنهاجن تشير إلى أن جزءًا من الإجابة قد يعتمد على النيوترينوات، وهي جسيمات عديمة الكتلة تقريبًا تتدفق عبر المادة مع تفاعل قليل جدًا. وعلى وجه الخصوص، تشير الدراسة إلى أن التغيرات في “نكهة” النيوترينو يمكن أن تغير ما إذا كانت بعض النجوم المنهارة تنفجر أم لا.
قد تؤثر جزيئات الأشباح على اللحظات الأخيرة للنجم
توجد النيوترينوات في أنواع أو نكهات مختلفة، ويمكنها التحول من نكهة إلى أخرى من خلال عملية تعرف باسم تحويل نكهة النيوترينو. ونظرًا لأن النكهات المختلفة تتفاعل بشكل مختلف مع المادة داخل النجم المنهار، فقد تؤثر هذه التحويلات على نقل الطاقة خلال اللحظات الحرجة قبل الانفجار.
تقول مريم جوجيلاشفيلي، باحثة ما بعد الدكتوراه في معهد نيلز بور والمؤلفة الرئيسية للدراسة: “لقد عرفنا منذ فترة طويلة أن النيوترينوات يمكنها التبديل بين نكهات مختلفة. لكننا افترضنا بشكل عام أن هذا لم يكن له أي تأثير على نتيجة الانفجار نفسه. وتشير نتائج بحثنا الجديد إلى أن هذه النكهة يمكن أن تخبرنا شيئًا عن مصير النجم”.
لقد تضمنت نماذج المستعرات الأعظم منذ فترة طويلة النيوترينوات لأنها تلعب دورًا مركزيًا في فيزياء انهيار النجوم. ومع ذلك، فإن المحاسبة الكاملة لتحويل نكهة النيوترينو تتطلب حسابات صعبة للغاية حتى بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر الحديثة.
اختبار 195 نجمًا منهارًا
تقول إيرين تامبورا، الأستاذة في معهد نيلز بور، ورئيسة مجموعة فيزياء الجسيمات الفلكية، والمؤلفة الثانية للدراسة: “إن محاكاة موت نجم ضخم هو أمر يقع إلى حد كبير في حدود ما يمكننا القيام به حسابيًا في الوقت الحالي. وذلك لأنها مشكلة تنطوي على قدر كبير من الفيزياء وهي مكلفة للغاية من الناحية الحسابية”.
ولجعل المشكلة قابلة للإدارة، طور جوجيلاشفيلي وتامبورا نموذجًا مبسطًا سمح لهما باختبار تأثير تحويل نكهة النيوترينو عبر مجموعة كبيرة من عمليات محاكاة انهيار النجوم.
لقد قاموا بتصميم 195 نجمًا تتراوح كتلتها من 9 إلى 120 مرة كتلة الشمس. وفي كل حالة، قاموا بمقارنة عمليات المحاكاة التي تضمنت تحويل نكهة النيوترينو مع عمليات المحاكاة التي لم تتضمن ذلك. كما قاموا بتغيير الكثافة التي بدأت بها عملية التحويل، ثم تتبعوا ما إذا كان كل نموذج قد أنتج انفجارًا مستعرًا أعظم أو استمر في الانهيار نحو ثقب أسود.
بعض النجوم غيروا مصيرهم
وظهرت أقوى التأثيرات بين النجوم التي تتراوح كتلتها بين 16 و30 مرة كتلة الشمس. وفي هذا النطاق، أدت إضافة تحويل نكهة النيوترينو إلى قيام بعض النجوم المحاكية بتبديل النتائج، مما أدى إلى تحويل الانفجارات الناجحة إلى انفجارات فاشلة.
تقول مريم جوجيلاشفيلي، باحثة ما بعد الدكتوراه: “لقد كانت لحظة مثيرة حقًا عندما وضعنا جميع عمليات المحاكاة الـ 195 جنبًا إلى جنب وشاهدنا مجموعة كاملة من النجوم تنقلب من الانفجار إلى الفشل. إن رؤية مثل هذا النمط الواضح عبر العديد من النجوم أخبرنا أن تحويل نكهة النيوترينو هو شيء لا يمكننا ببساطة أن نتجاهله عندما نحاول فهم كيف تنهي النجوم الضخمة حياتها”.
لا تثبت عمليات المحاكاة أن تحويل نكهة النيوترينو وحده يحدد مصير النجوم الحقيقية. يعتمد الانهيار النجمي على العديد من العمليات الفيزيائية المتفاعلة، واستخدم الباحثون نموذجًا مبسطًا. تشير النتائج بدلاً من ذلك إلى أن تغيرات نكهة النيوترينو قد تكون أحد العوامل التي تحتاج حسابات المستعرات الأعظم إلى أخذها في الاعتبار بعناية أكبر.
دليل محتمل على المستعرات الأعظم المفقودة
يمكن أن تؤثر النتائج أيضًا على “مشكلة معدل المستعرات الأعظم”. يلاحظ علماء الفلك عددًا أقل من المستعرات الأعظم مما تتنبأ النماذج النظرية بحدوثه بناءً على عدد النجوم الضخمة المتوقع أن تصل إلى نهاية حياتها.
أحد التفسيرات المحتملة هو أن بعض النجوم الضخمة تنهار إلى ثقوب سوداء دون إنتاج الانفجارات الساطعة التي يستخدمها علماء الفلك عادة لتحديد المستعرات الأعظم. يمكن للغبار أيضًا إخفاء الانفجارات عن الأنظار.
تقول مريم جوجيلاشفيلي: “في العادة، نكتشف المستعر الأعظم لأن الانفجار يلمع بشكل ساطع للغاية. ولكن إذا انهار النجم مباشرة في ثقب أسود دون انفجار مرئي، أو كان محجوبًا بالغبار، فيمكن أن “يختفي” فعليًا من حساباتنا. لذلك تشير نتائجنا إلى أن هناك آلية يمكن أن تجعل مثل هذا “المستعرات الأعظمية الفاشلة” أكثر احتمالا”.
تضيف البروفيسور إيرين تامبورا: “لا يمكن أن يمنحنا هذا أدوات أفضل للتنبؤ بمصير النجم المحتضر فحسب، بل قد يساعد أيضًا في تفسير سبب عدم تطابق الملاحظات دائمًا مع التنبؤات النظرية”.
تساعد الوفيات النجمية في بناء عوالم جديدة
إن انفجار نجم ضخم يؤثر أيضًا على ما يحدث للمادة التي أنتجها خلال حياته. تقوم النجوم الضخمة بتخليق عناصر أثقل، ويمكن لانفجارات المستعرات الأعظم أن تقذف تلك المواد إلى الفضاء، حيث تصبح جزءًا من الأجيال اللاحقة من النجوم والكواكب والهياكل الكونية الأخرى.
إن فهم سبب انفجار بعض النجوم بينما ينهار البعض الآخر مباشرة في الثقوب السوداء يربط بين فيزياء النيوترينوات وانهيار النجوم مع التطور الكيميائي للكون.
“عندما ندرس كيف تعيش النجوم الضخمة وتموت، فإننا نحقق أيضًا في أصول العديد من العناصر التي تشكل الكون وأنفسنا. وبهذه الطريقة، ترتبط الأسئلة حول النجوم المحتضرة بأسئلة حول أصولنا”، كما تختتم البروفيسور إيرين تامبورا.
مرجع: “يشكل تحويل نكهة النيوترينو معدل انهيار المستعرات الأعظم الفاشلة” بقلم مريم جوجيلاشفيلي وإيرين تامبورا، 22 سبتمبر 2026، المراجعة البدنية د.
لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.
