قزم أبيض مغناطيسي

في نجم مزدوج، يسحب القزم الأبيض الغاز من النجم المجاور مثل المكنسة الكهربائية. إذا كان للقزم مجال مغناطيسي، فإن الغاز لا يسقط في أي مكان، بل يتدفق نحو القطبين مثل برادة الحديد نحو المغناطيس. وهناك يتراكم على شكل كومة. ولكن ما الذي يمنع هذه الكومة من الانتشار؟ خطوط القوة المغناطيسية التي تخترقها مثل حبال غير مرئية.

في نظام ثنائي قريب، قد يستمر نجم في نقل مادته إلى جاره لسنوات، مثل شخص يتخلى تدريجيًا عن كل ما يملك. عندما ينضب المصدر، يبقى منه نواة كثيفة مغلفة بسحابة من بقاياه الخاصة. هذه اللحظة بالذات التقطها علماء الفلك في العنقود الكروي NGC 362: القزم الأبيض المرافق للنجم النابض الملي ثانية لم يخلع بعد "شرنقته" من المادة التي غادرت سطحه مؤخرًا.

نجمة واحدة تومض كل 38 ثانية. هذا ليس وميضًا عشوائيًا: داخل القزم الأبيض WD 0158−160 تجري اهتزازات منتظمة، كأنها دقات بندول غير مرئي. من إيقاع هذه الدقات ومن المسافة الدقيقة إلى النجم، تمكن علماء الفلك من حساب كتلته ودرجة حرارته دون نظرة واحدة إلى الطيف. عادةً، يُوزن القزم الأبيض بواسطة خطوط الامتصاص في ضوئه: كما تُحدد بصمات الأصابع كمية المادة ومدى سخونتها.

القزم الأبيض هو نواة نجم قديم مثل الشمس، انضغطت حتى حجم الأرض. ملعقة صغيرة من مادته تزن عدة أطنان. النجم النيوتروني هو بقايا أكثر كثافة: مدينة بحجم مانهاتن، لكن كتلتها أكبر من كتلة الشمس. يبدو الجسمان مختلفين، لكن بينهما جسر: عندما يكتسب القزم الأبيض كتلة، تتحول مادته تدريجيًا إلى مادة نيوترونية. درس الفيزيائيون هذا الجسر باستخدام نموذج موحد.

القزم الأبيض هو نواة نجمٍ مثل الشمس يبرد ببطء. مصيره تحدده الكتلة: هناك حدٌّ واضح هو حد تشاندراسيخار (نحو 1.4 كتلة شمسية)، وبعده ينضغط النجم أكثر.

نجم ملفوف في غطاء غير مرئي يبعث حرارة أكثر من النجم نفسه. هكذا تبدو عشرة أقزام حمراء — وهي الأكثر شيوعًا والأطول عمرًا بين نجوم المجرة — التي راقبها علماء الفلك في مشروع Hephaistos. تقع هذه النجوم ضمن دائرة نصف قطرها 300 فرسخ فلكي (حوالي 1000 سنة ضوئية) منا، وتُصدر في الضوء تحت الأحمر طاقة أكبر بكثير مما يمكن تفسيره بحجمها المتواضع.

ينخفض نصف قطر النجم بمقدار ألف كيلومتر. ليس لأن كتلته زادت، بل لأن مجاله المغناطيسي الذاتي ضغط القشرة مثل مشد غير مرئي. في مركز هذا الجسم — القزم الغريب — تختبئ نواة كواركية: كرة من المادة الغريبة تزن مثل الشمس، لكن قطرها ثلاثة أو أربعة كيلومترات فقط. هذه هي البذرة الثقيلة.

10¹⁵ غاوس — هذا المجال المغناطيسي اكتشف لدى بعض الأقزام البيضاء. إنه أقوى بمليارات المرات من ذلك الذي يظهره البوصلة على الأرض. القزم الأبيض ليس نجماً بالمعنى المألوف، بل نواة باردة بحجم كوكب. في داخله، تقاوم الجاذبية ضغط الإلكترونات المنحلة. لكن مع المجال فائق القوة، يتوقف هذا الضغط عن كونه منتظماً — وكأن مشداً غير مرئي يضغط النجم.

انفجار المستعر الأعظم المستعر الأعظم يقذف الطبقات الخارجية للنجم المحتضر. ويبقى اللب - نجم نيوتروني النجم النيوتروني، معبأ في كرة بحجم مدينة. تنبأ بوجود هذه النجوم في عام 1934 العالم Fritz Zwicky.

مئتان وتسعة وثمانون يوماً — هذه هي مدة دورة واحدة للقزم الأبيض القزم الأبيض WD 1532+129. هذا ليس مجرد رقم قياسي: على سطحه، عند القطبين المغناطيسيين، تظهر ندوب من الحديد ومعادن أخرى — شواهد صامتة على كواكب ابتلعها.

بدأ علم الفلك الراديوي (radio astronomy) بضوضاء غامضة التقطها هوائي كارل جانسكي، ونبضات إيقاعية أطلقت عليها جوسلين بيل بورنيل اسم 'الرجال الخضر الصغار' كتعبير أصلي. لكن أول منارة كوكبية حقيقية اشتعلت في عام 1955، عندما صادفت أجهزة الاستقبال عن طريق الصدفة إشعاع المشتري العشري (decametric) الذي ينقطع فجأة عند تردد 40 ميغاهرتز.

المنارة في البحر المفتوح لا تدور فقط — بل مصباحها نفسه يخفت ويشتعل من تلقاء نفسه. تقريبًا هكذا تتصرف الأقزام البيضاء المغناطيسية، وهي بقايا نجوم فائقة الكثافة مثل شمسنا. يمكن لمجالاتها المغناطيسية القوية تحويل الضوء إلى أكسيونات — جسيمات افتراضية قد تفسر الكتلة الخفية للكون.

في عام 2024، فحص مشروع «هيفايستوس» ملايين النجوم وانتقى عشرات المرشحين المشبوهين: كانت تُصدر في متوسط الأشعة تحت الحمراء إشعاعًا أقوى مما يُتوقع لقزم أحمر عادي. بدا اثنان من هؤلاء المرشحين، المُرمَزين بالحرفين D وE، مغريَين بشكل خاص — وكأن هناك سخّانًا غير مرئي يعمل بجوار النجم.

ملعقة صغيرة من مادة النجم النيوتروني تزن مثل جبل. لكن قد يكون لهذا الجبل توأم غير مرئي. في أعماق النجم النيوتروني، تُضغط المادة العادية إلى كثافات لا يمكن تصورها. هناك، قد تذوب البروتونات والنيوترونات في حساء كواركي. بنى الفيزيائيون معادلة تصف الانتقال من المادة النووية إلى المادة الكواركية — مثل وصفة تحافظ على شكل كعكة الطبقات للنجم.

شمسان ميتتان تدوران في رقصة أبدية. مدارهما بندول مثالي يضبط الوقت بدقة الساعات الذرية. ولكن حتى النجوم الميتة قد ترتجف. الموجات الثقالية الصادرة عن هذه الأزواج، والتي سيلتقطها الهوائي الفضائي LISA، قد تكشف ليس فقط عن الإيقاع الصارم، بل أيضًا عن اضطراباته العشوائية الصغيرة. ابتكر مؤلفو الدراسة طريقة لاستخلاص مقياس الفوضى من هذه الإشارة.

الضوء يخترق غشاءً مجعداً — فيخرج مختلفاً قليلاً. وبالمثل تقريباً، تشعر الموجات الثقالية المولودة في الكون المبكر بالتوزيع غير المنتظم للمجرات والمادة المظلمة. تأثير ساكس-وولف (Sachs–Wolfe effect) هو إزاحة طفيفة في طاقة الإشعاع عندما يتسلق جاذبيةً أو ينزلق إليها.

نجمان محترقان بحجم الأرض — لكن كل منهما أثقل من الشمس — يدوران في مدارين متقاربين بشكل متزايد، حتى يصطدم أحدهما بالآخر. يطلق الاصطدام انفجارًا نوويًا حراريًا، ويولد مستعر أعظم من النوع Ia. هذه التوهجات بمثابة منارات كونية لقياس المسافات في الكون. ومع ذلك، لا تزال تفاصيل نشأتها موضع جدل. في الدراسة الجديدة، حسب العلماء كيفية توهج سحابة الغاز بعد مئات الأيام من الاصطدام.

النجم النيوتروني هو كرة بحجم مدينة، لكن كتلته تعادل كتلة الشمس بأكملها. يمكن لمجاله المغناطيسي أن يمزق الذرات على مسافة آلاف الكيلومترات.

المجرة تشبه طريقًا سريعًا كونيًا، حيث تندفع النجوم-السيارات في مدارات دائرية. سرعتها تحددها "الحمولة" غير المرئية من الكتلة الموجودة داخل المدار: كلما كانت المنطقة المركزية أضخم، زادت سرعة النجوم في الأطراف.

مدينة بعيدة خلف زجاج مغطى بالبخار: الأضواء الساطعة تذوب وتفقد تفاصيلها. هكذا تقريباً يرى علماء الفلك الغاز المحتوي على أيونات المغنيسيوم (المغنيسيوم) في مجرتنا — فالخطوط الطيفية الأقوى «تتجاوز الحد»، فلا يمكن معرفة كمية المادة الفعلية. في الدراسة الجديدة، استخدم العلماء «زجاجاً نظيفاً» — 482 رصداً أرشيفياً من تلسكوب هابل الفضائي موجهة نحو كوازارات بعيدة.

غالباً ما توجد الكواكب بحجم الأرض حول الأقزام الحمراء الصغيرة والباردة ولكنها شديدة الاضطراب. فهذه النجوم تشبه موقداً جامحاً يقذف لهباً بين الحين والآخر: تيارات قوية من الضوء والجسيمات تنهال على غلاف الكوكب الجوي كما لو أن النار صُبّت في قدرٍ من المرق. وقد تتبعت محاكاة حاسوبية جديدة سنة من حياة الغلاف الجوي لكوكب فتي تحت هذه الهجمات.

كل 15 ساعة، في كوكبة تبعد عنا 57 سنة ضوئية، يحدث كسوف شمسي صغير. القزم الأبيض الصغير — نجم بحجم الأرض لكنه أثقل من الشمس — يغوص خلف قرص القزم الأحمر. بالنسبة لعلماء الفلك، هذا ليس مجرد مصادفة جميلة، بل وسيلة للنظر إلى ماضي الزوج النجمي. ذات يوم، تمدد النجم الرئيسي في هذا النظام ليصبح عملاقًا أحمر وابتلع جاره.

القزم الأبيض هو ما يتبقى من نجم مثل الشمس بعد أن يطرح طبقاته الخارجية. يبقى نواة حارة بحجم الأرض، لكن بكتلة قريبة من كتلة الشمس. ملعقة صغيرة من هذه المادة تزن بقدر شاحنة. بعض هذه النجوم تمتلك مجالات مغناطيسية قوية جدًا — أقوى بمليار مرة من المجال الأرضي. لكن هذه الأجسام قليلة في الفهارس: فهي خافتة، والمسوحات السماوية العادية تفوتها.

القزم الأبيض WDJ165335.21-100116.33 هو نواة نجم باردة بحجم الأرض ولكن بكتلة الشمس. على سطحه بقعة ساخنة غير عادية تظهر وتختفي. لم يتمكن علماء الفلك لفترة طويلة من فهم سبب تغير سطوع النجم كل 80 ساعة. أظهرت الملاحظات الجديدة باستخدام التلسكوب VLT مع جهاز FORS2 أن النجم لديه مجال مغناطيسي ضعيف يشتد ويضعف.

بعض النجوم في نهاية حياتها تتحول إلى أقزام بيضاء — بقايا كثيفة بحجم كوكب. لدى جزء صغير من هذه الأجرام مجالات مغناطيسية قوية جدًا. إنها أقوى بملايين المرات من مغناطيس الثلاجة. تسمى هذه النجوم بالأقزام البيضاء المغناطيسية. بحث علماء الفلك عنها في بيانات المسح الكبير للسماء LAMOST. قارنوا الأطياف — «أقواس قزح» الضوء الصادرة عن النجوم — مع بيانات من تلسكوبات أخرى.

عندما يتقدم نجم مثل الشمس في العمر، ينتفخ ويطرح طبقاته الخارجية. يبقى قزم أبيض صغير وكثيف — وهو النواة السابقة. وقد تبقى حوله حطام الكواكب: صخور وغبار وحتى كويكبات كاملة. تدور هذه في مداراتها مثل دوّامة فُككت لكن أجزاءها ما تزال تدور. رصد علماء الفلك القزم الأبيض WD 1054-226 لمدة ست سنوات. يخفت ضوءه كل 25 ساعة و23 دقيقة. هذا يشبه قرصًا دوّارًا به فتحات يمر بانتظام أمام مصباح.

إذا بنينا غطاءً عملاقاً حول نجم، سنحصل على ما يُعرف بكرة دايسون. سيمتص هذا الغطاء كل الإشعاع الصادر عن النجم، وسيتوهج بأشعة حرارية غير مرئية. لم نرصد أي كرة من هذا النوع حتى الآن، لكن علماء الفلك يعرفون أن البحث عنها يجب أن يركز على هذا التوهج الحراري.

تضخم عملاق أحمر في كوكبة الدجاجة لدرجة أن طبقاته الخارجية تتدفق نحو جاره الصغير لكن الثقيل — القزم الأبيض. يدور الغاز حول القزم كما يدور الماء حول مصرف الحمام، ثم يسقط عليه. لكن في نظام الدجاجة CH، هذا التدفق ليس هادئًا: كل 682.5 ثانية، يتوهج إشعاع الأشعة السينية ثم يخفت. الأمر يشبه منارة تدور وترسل شعاعًا.

النجم المتقدم في العمر يطرح طبقاته الخارجية، ويبقى نواة كثيفة ساخنة بحجم الأرض — القزم الأبيض. إذا كانت بقايا كواكب أو كويكبات أو مذنبات تدور بالقرب منه، فإنها تسخن وتبدأ بالتوهج في نطاق الأشعة تحت الحمراء. هذا الضوء الزائد يشبه بقعة دافئة على أرضية باردة. أخذ علماء الفلك بيانات من تلسكوب غايا الفضائي (Gaia) ومسوح أرضية.

في النواة الكثيفة للعنقود الكروي NGC 6397، حيث تتزاحم النجوم كالركاب في ساعة الذروة، لاحظ علماء الفلك زوجًا غريبًا. أحد النجمين قزم أبيض بدرجة حرارة سطحية تبلغ 16,000 كلفن (بقايا نجم محترقة تبرد على مدى مليارات السنين)، وبجانبه يدور رفيق غير مرئي. يكملان دورة حول مركز الكتلة المشترك في 0.54 يوم — أسرع من دوران الأرض حول محورها.

الشمس لا تضيء فحسب، بل تبعث باستمرار تيارات من الجسيمات الدقيقة، النيوترينوات. تولد هذه الجسيمات في التفاعلات النووية الحرارية في القلب وتمر عبر النجم دون عوائق تقريبًا. ولكن داخل الشمس توجد مجالات مغناطيسية يمكنها التأثير على هذه الجسيمات، مثل ممرات غير مرئية تحرف مسارها قليلًا.

النجم القديم المشابه للشمس ينكمش في نهاية حياته ليصبح قزمًا أبيض — كرة كثيفة بحجم الأرض. بعد ذلك، يبرد ببساطة مثل جمرات النار. لكن بعض الأقزام البيضاء تظل ساخنة لمليارات السنين لسبب ما. درس علماء الفلك هذه الأجسام ضمن نطاق مئة فرسخ فلكي منا ووجدوا نمطًا غير متوقع. القزم الأبيض هو بقايا نجم استهلك كل وقوده.

شمسنا الشمس هي أقوى مصدر طبيعي للنيوترينوات النيوترينو، وهي جسيمات شبحية لا تتفاعل تقريبًا مع المادة. أثناء مرورها عبر المادة الشمسية الكثيفة، تتعرض هذه الجسيمات لتذبذبات — تغير نوعها، أو كما يقول الفيزيائيون، «نكهتها» (نيوترينو إلكتروني، ميوني، تاو النيوترينو). تخيل صوتًا يمر عبر حشد من الناس: كلما كانت البيئة أكثر كثافة، كان تشوه الجرس الصوتي أقوى.