”

تبدو النجوم في سماء الليل، كما ندركها عادةً، ثابتة وغير متغيرة لأعيننا. بالتأكيد، هناك نجوم متغيرة تتغير سطوعها، ولكن معظمها يفعل ذلك بشكل دوري ومنتظم، مع استثناءات قليلة فقط. ومن أبرز هذه الاستثناءات نجم منكب الجوزاء، العملاق الأحمر الذي يشكل أحد “كتفي” كوكبة الجبار. خلال السنوات الخمس الماضية، لم يقتصر الأمر على تقلب سطوعه فحسب، بل إن خفوت ضيائه في أواخر عام 2019 وأوائل عام 2020، تلاه سطوع غريب في عام 2023، يشير إلى اختلاف بطريقة لم يشهدها البشر من قبل.

يُعدّ نجم منكب الجوزاء عادةً عاشر ألمع نجوم سمائنا، لكنه خرج من قائمة العشرين الأوائل خلال أضعف حالاته في عام 2020 وارتفع إلى المرتبة السابعة من حيث اللمعان في عام 2023. وبصفته عملاقًا أحمرًا فائقًا، فإن مسألة وقوع انفجار مستعر أعظم ناتج عن انهيار قلبه مسألة وقت فقط، على الرغم من عدم معرفة أحد كيفية التنبؤ بموعد حدوث ذلك. لا يوجد سبب علمي للاعتقاد بأنّ منكب الجوزاء في خطر أكبر من أن يصبح مستعرًا أعظم اليوم مقارنة بأي يوم عشوائي خلال الـ 100,000 سنة القادمة تقريبًا، لكن الكثيرين منا -بما في ذلك عدد كبير من علماء الفلك المحترفين والهواة- يأملون في مشاهدة أول مستعر أعظم يُرى بالعين المجردة في مجرتنا منذ عام 1604. وعلى الرغم من أنه لن يشكل خطرًا علينا، إلا أنه سيكون مشهدًا رائعًا. إليكم ما سنتمكن من ملاحظته من هنا على الأرض.

يُظهر هذا المحاكاة لسطح عملاق أحمر فائق، تم تسريعه لعرض عام كامل من التطور في بضع ثوانٍ فقط، كيف يتطور عملاق أحمر فائق “طبيعي” خلال فترة هادئة نسبيًا بدون تغييرات ملحوظة في عملياته الداخلية. إن ضخامة سطحه وتقلب طبقاته الخارجية الرقيقة يؤدي إلى تقلبات هائلة على فترات زمنية قصيرة وغير منتظمة.

في الوقت الحالي، يعتبر نجم منكب الجوزاء:

• ضخمًا للغاية،
• غير منتظم الشكل،
• وبسطح غير متساوٍ في درجة الحرارة.

يقع على بُعد حوالي 640 سنة ضوئية، وهو أكثر برودة من شمسنا بحوالي 2000 درجة مئوية، ولكنه أيضًا أكبر بكثير، حيث يبلغ قطره حوالي 900 ضعف قطر شمسنا، ويحتل حوالي 700,000,000 ضعف حجم شمسنا. إذا استبدلنا شمسنا بمنكب الجوزاء، فسوف يبتلع عطارد والزهرة والأرض والمريخ وحزام الكويكبات وحتى المشتري!

ولكن هناك أيضًا انبعاثات هائلة ممتدة حول منكب الجوزاء من المواد التي تم نفثها على مدار العشرات من آلاف السنين الماضية: مادة وغاز تمتد إلى أبعد من مدار نبتون حول شمسنا. مع مرور الوقت، ومع اقتراب المستعر الأعظم الحتمي، سوف يتخلص منكب الجوزاء من المزيد من الكتلة، ويستمر في التمدد، ويخفت ويزداد سطوعًا بشكل فوضوي، وسوف يحرق عناصر أثقل تدريجيًا في نواته.

سديم المادة المُطرودة المُكوّن حول نجم قلب العقرب، والذي يُوضّح في الدائرة الحمراء الداخلية للمقارنة. يتشكل هذا البناء، الذي يشبه اللهب المتصاعد من النجم، لأن هذا العملاق يُلقي بكتلته في الفضاء. تمتد الانبعاثات المُوسّعة إلى ما هو أبعد من مدار نبتون حول الشمس. إحصائيًا، هناك احتمال واحد من أصل 4000 أن يكون نجم قلب العقرب قد انفجر بالفعل، ونحن ننتظر فقط وصول ضوئه.

حتى عندما ينتقل إلى المراحل الأكثر تقدماً من الحياة داخل نواته، من احتراق الكربون ثم النيون والأكسجين وأخيراً اندماج السيليكون، فلن يكون لدينا أي مؤشرات قابلة للملاحظة مباشرة لتلك الأحداث. سيتغير معدل اندماج النواة وإنتاج الطاقة، لكن فهمنا لكيفية تأثير ذلك على الغلاف الضوئي والكروموسفير للنجوم – الأجزاء التي يمكننا ملاحظتها – ضعيف للغاية بحيث لا يمكننا استخلاص تنبؤات ملموسة حولها. وسيصبح طيف طاقة النيوترينوات المنتجة في النواة، وهو المؤشر الوحيد الذي نعرف أنه سيتغير، مهماً فقط خلال مرحلة احتراق السيليكون، وحتى ذلك الحين، سيكون لدينا بضعة أيام فقط، كحد أقصى، للتنبؤ بالمستعر الأعظم المحتمل.

ولكن في لحظة حرجة ما خلال عملية تطور النجم، سيصل احتراق السيليكون في النواة الداخلية إلى نهايته، وسيتراجع ضغط الإشعاع في أعماق قلب نجم منكب الجوزاء. وبما أن هذا الضغط كان الشيء الوحيد الذي يحول دون انهيار النجم تحت تأثير الجاذبية، فإن النواة الداخلية، التي تتكون من عناصر مثل الحديد والكوبالت والنيكل، ستبدأ حينئذٍ بالانكماش.

رسم توضيحي (يسار) لداخل نجم ضخم في مراحله النهائية، قبل الانفجار العظيم، لعملية احتراق السيليكون. (يُشكل احتراق السيليكون الحديد والنيكل والكوبالت في النواة). تُظهر صورة من تلسكوب تشاندرا (يمين) لبقايا مستعر أعظم كاسيوبيا أ اليوم عناصر مثل الحديد (باللون الأزرق)، والكبريت (الأخضر)، والمغنيسيوم (الأحمر). من المتوقع أن يسلك منكب الجوزاء مسارًا مشابهًا جدًا لمسار المستعرات العظمى ذات الانهيار النووي التي لوحظت سابقًا.

من الصعب تصور حجم هذا الحدث: جسم يبلغ مجموعه حوالي 20 كتلة شمسية، موزع على حجم مدار كوكب المشتري، ويضاهي نواته الداخلية حجم الشمس (بل ويتجاوزه في الكتلة)، يبدأ فجأة في الانهيار السريع. وعلى الرغم من قوة الجاذبية الهائلة التي كانت تسحب كل شيء نحوه، إلا أنها كانت متوازنة بضغط الإشعاع الناتج عن الاندماج النووي في باطنه. والآن، توقف هذا الاندماج (وتوقف الضغط الخارجي) فجأة، واستمر الانهيار دون عائق.

تُضغط أنوية الذرات الداخلية – وهي مجموعة كثيفة من الحديد والنيكل والكوبالت وعناصر أخرى مشابهة – بقوة معًا، حيث تندمج في كرة هائلة من النيوترونات. وتنهار الطبقات التي فوقها أيضًا، لكنها ترتد على النجم النيوتروني الأولي الكثيف في المركز، مما يُطلق انفجارًا هائلاً من الاندماج النووي. ومع تراكم الطبقات، ترتد، مُولدةً موجات من الاندماج والإشعاع والضغط تتساقط عبر النجم.

في المناطق الداخلية لنجم يخضع لانفجار مستعر أعظم انهيار للُّب، يبدأ نجم نيوتروني في التكون في اللب، بينما تصطدم الطبقات الخارجية به وتخضع لتفاعلات اندماجٍ هستيرية خاصة بها. يتم إنتاج النيوترونات، والنيوترينوات، والإشعاع، وكميات هائلة من الطاقة، مع حمل النيوترينوات والنيوترينوات المضادة لمعظم طاقة مستعر أعظم الانهيار الأساسي. يعتمد ما إذا كان المُتبقي سيصبح نجمًا نيوترونيًا أو ثقبًا أسود، في النهاية، على مقدار الكتلة المتبقية في اللب خلال هذه العملية.

تحدث هذه التفاعلات الانصهارية على نطاق زمني قصير للغاية لا يتجاوز تقريبًا 10 ثوانٍ، ويُحمل الجزء الأكبر من الطاقة بعيدًا على شكل نيوترينوات، التي نادراً ما تتفاعل مع المادة. أما الجسيمات الأخرى الحاملة للطاقة، بما في ذلك النيوترونات، والأنوية، والإلكترونات، والفوتونات، فعلى الرغم من الكميات الهائلة من الطاقة المنقولة إليها، يتعين عليها أن تتساقط طاقتها وتنتشر عبر جميع الطبقات الخارجية للنجوم.

ونتيجة لذلك، تصبح النيوترينوات هي أول الإشارات التي تهرب، وأول إشارة تصل إلى الأرض. وبالنظر إلى الطاقات التي تمنحها المستعرات الأعظمية لهذه الجسيمات – من رتبة حوالي ~10-50 ميغا إلكترون فولت لكل كم من الطاقة – فإن النيوترينوات ستتحرك بسرعات لا يمكن تمييزها عن سرعة الضوء. وكلما حدثت المستعرات الأعظمية بالفعل (أو حدثت، والتي كان يمكن أن تكون في أي وقت من القرن الرابع عشر فصاعداً)، ستكون النيوترينوات هي التي تصل إلى الأرض أولاً، بعد حوالي 640 عامًا.

حدث نيوتريني، يُميزه حلقات إشعاع تشيرينكوف التي تظهر على طول أنابيب مضاعِف الضوء التي تُبطّن جدران الكاشف، تُبرز المنهجية الناجحة لعلم فلك النيوترينوات. تُظهر هذه الصورة أحداثًا متعددة، وهي جزء من مجموعة التجارب التي تُمهد لنا الطريق لفهم أفضل للنيوترينوات. وقد شكّلت النيوترينوات التي تم اكتشافها عام 1987 فجر علم فلك النيوترينوات وإعادة تسمية تجارب اضمحلال النيوكليونات إلى تجارب كاشف النيوترينوات.

في عام 1987، أدى مستعر أعظم على بُعد 168,000 سنة ضوئية إلى توليد إشارة ضعيفة تتكون من أكثر بقليل من 20 نيوترينو عبر ثلاثة كواشف نيوترينو صغيرة كانت تعمل في ذلك الوقت. يوجد اليوم العديد من مراصد النيوترينو المختلفة قيد التشغيل، وهي أكبر بكثير وأكثر حساسية من تلك التي كانت متاحة لدينا قبل نحو 37 عامًا، ومن شأن نجم منكب الجوزاء، الذي يبعد 640 سنة ضوئية فقط، أن يرسل إشارة أقوى بنحو 70,000 مرة على الأرض نظرًا لقربه.

الآن، في نهاية عام 2024، إذا انفجر نجم منكب الجوزاء كمستعر أعظم، فإن أول علامة مؤكدة لنا ستأتي على شكل تدفق هائل من النيوترينوات عالية الطاقة تغمر أجهزة كشف النيوترينوات لدينا في جميع أنحاء العالم في انفجار يستمر حوالي 10-15 ثانية. سيتم التقاط ملايين، وربما عشرات الملايين، من النيوترينوات دفعة واحدة بواسطة هذه المراصد. وبعد بضع ساعات، عندما تصل أولى الموجات المتقلبة النشطة التي أحدثها هذا الكارثة إلى الطبقات الخارجية للنجوم، سيصل إلينا “انفجار” من الفوتونات: ارتفاع سريع يزيد من سطوع منكب الجوزاء البصري بشكل هائل.

في عام 2011، انفجر أحد النجوم في مجرة بعيدة، صادف وجودها في مجال رؤية مهمة كبلر التابعة لناسا، بشكل عفوي ومُصادف، مُشكّلاً مستعراً أعظم. وقد شكّل هذا الحدث أول مرة يتم فيها رصد مستعر أعظم أثناء تحوله من نجم عادي إلى مستعر أعظم، مع حدوث “انفجار” مفاجئ زاد من سطوع النجم مؤقتًا بمُعامل يبلغ حوالي 7000 ضعف قيمته السابقة.

فجأة، سيزيد لمعان نجم منكب الجوزاء بمقدار 7000 مرة تقريبًا عن قيمته الثابتة السابقة. سيتحول من أحد ألمع النجوم في سماء الليل إلى سطوع هلال رقيق: أي أكثر سطوعًا بحوالي 40 مرة من كوكب الزهرة. سيستمر هذا الذروة في السطوع لبضع دقائق فقط قبل أن يعود مرة أخرى إلى ما يقارب 5 أضعاف سطوعه السابق، ولكن بعد ذلك يبدأ الارتفاع التقليدي للـسوبرنوفا.

على مدار فترة زمنية تقارب 10 أيام، سيزداد سطوع نجم قلب العقرب تدريجياً، ليصبح في النهاية ساطعاً مثل القمر المكتمل. سيتجاوز سطوعه سطوع جميع النجوم والكواكب بعد حوالي ساعة، وسيصل إلى سطوع نصف القمر في غضون ثلاثة أيام، وسيبلغ أقصى سطوع له بعد حوالي 10 أيام. سيظهر نجم قلب العقرب لراصدي السماء في جميع أنحاء العالم أكثر إشراقاً من القمر المكتمل، لأنه بدلاً من أن يكون سطوعه موزعاً على نصف درجة (مثل القمر المكتمل)، فإن كل سطوعه سيركز في نقطة واحدة، منعزلة، مشبعة بالضوء.

كوكبة الجبار كما ستبدو لو انفجر نجم منكب الجوزاء مستعراً أعظم في المستقبل القريب جدًا. سيسطع النجم تقريبًا بنفس سطوع القمر الكامل، ولكن كل الضوء سيركز في نقطة، بدلاً من أن يمتد على قرص يغطي حوالي نصف درجة. يجب أن يُتَحَقَّق ذروة السطوع بعد حوالي أسبوعين من الانفجار الأولي.

باعتبارها مستعراً أعظم من النوع الثاني، سيظل ضوء بِتلجوز المُنفجر ساطعاً لفترة طويلة نوعاً ما، على الرغم من وجود اختلافات كبيرة ضمن هذه الفئات من المستعرات العظمى فيما يتعلق بمدى سطوعها ومدى بقاء سطوعها على مدى فترات طويلة من الزمن. (عندما يحدث مثل هذا الحدث في مجرتنا القادمة، سيعلمنا الكثير عن العلاقة بين النجم الأبوي والانفجار العظيم الذي ينتجه!) سيبدأ المُستعر الأعظم، بعد أن يصل إلى أقصى سطوع له، في الخفوت ببطء على مدار فترة زمنية تقارب شهرًا، ليصبح باهتاً مثل نصف القمر بعد 30 يوماً.

على مدار الشهرين التاليين، ومع ذلك، سيصل سطوعها إلى مستوى ثابت، حيث لن يتمكن سوى الأجهزة المتخصصة و مصورو الفلك من اكتشاف خفوت ضئيل للغاية؛ ولن تتمكن العين البشرية العادية من تمييز أي تغيير في السطوع خلال هذه الفترة. بعد تلك الفترة، ومع ذلك، سينخفض السطوع بشكل حاد وفجائي خلال الشهر الرابع منذ الانفجار: سيعود إلى ما هو بالكاد أكثر إشراقًا من كوكب الزهرة بحلول نهاية تلك الفترة. وأخيرًا، على مدار العامين أو أكثر التاليين، سيختفي تدريجيًا، مع بقاء بقايا المستعر الأعظم مرئية فقط من خلال التلسكوبات.

تختلف مستعرات أعظم من النوع الثاني بين الأنواع الفرعية والأحداث الفردية، ولكنها تتبع نفس المنحنى العام، مع ارتفاع يستمر لمدة 10 أيام تقريبًا، وانخفاض قصير يستمر لمدة شهر، وهضبة تستمر شهرين آخرين، وانخفاض حاد يستمر لمدة شهر، ثم تلاشي تدريجي يستمر لمدة عام أو أكثر.

في ذروة سطوعها، سيضيء نجم منكب الجوزاء بنفس سطوع حوالي 10 مليارات شمس مجتمعة معًا؛ وبحلول مرور عامين، سيصبح خافتًا جدًا بحيث لا يمكن رؤيته بالعين المجردة. والسبب في بقاء المستعر الأعظم ساطعًا جدًا خلال الأشهر الثلاثة الأولى أو نحو ذلك ليس من الانفجار نفسه، بل من مزيج من الاضمحلال الإشعاعي (من الكوبالت، على سبيل المثال) والغازات المتمددة في بقايا المستعر الأعظم.

خلال الأشهر الثلاثة الأولى تقريبًا، سيكون نجم منكب الجوزاء ساطعًا لدرجة أنه سيكون مرئيًا بوضوح خلال النهار والليل على حد سواء؛ وبعد الشهر الرابع تقريبًا فقط سيصبح جسمًا ليليًا فقط. ومع بدئه في الخفوت عن سطوعه ليشبه نجمًا عاديًا مرة أخرى، فإن الهياكل الممتدة ينبغي أن تظل مضاءة من خلال التلسكوب لعقود، وقرون، وحتى آلاف السنين القادمة. سيصبح أقرب بقايا مستعر أعظم في التاريخ المسجل، وسيظل مشهدًا رائعًا (وجسمًا فلكيًا للدراسة) لأجيال قادمة.

تُظهر هذه الصورة بقايا مستعر أعظم SN 1987A في ستة أطوال موجية مختلفة للضوء. على الرغم من مرور 37 عامًا على حدوث هذا الانفجار، وعلى الرغم من أنه يقع هنا في فناء منزلنا، إلا أن المادة المحيطة بالمحرك المركزي لم تتبدد بما يكفي لكشف البقايا النجمية. على سبيل المقارنة، تظهر نوى الأجسام الشبيهة بالبقرة (المعروفة أيضًا باسم العابرات الضوئية الزرقاء السريعة) على الفور تقريبًا.

عندما ينفجر نجم منكب الجوزاء (أو نجم عملاق أحمر قريب مشابه) أخيرًا على هيئة مستعر أعظم – وقد يكون ذلك الليلة، أو في العقد القادم، أو بعد مائة ألف سنة من الآن – سيصبح الحدث الفلكي الأكثر مشاهدة في تاريخ البشرية، مرئيًا لمعظم سكان الأرض. ولن تكون الإشارة الأولى التي تصل بصرية على الإطلاق، بل ستأتي على شكل نيوترينوات، وهي جسيمات عادة ما تكون مراوغة، ستغمر أجهزة الكشف الأرضية بملايينها.

بعد ذلك، وبعد بضع ساعات، سيصل الضوء أولاً على شكل ذروة، يتبعها سطوع تدريجي على مدى أكثر من أسبوع بقليل، والذي سيتناقص تدريجيًا على مراحل خلال الأشهر القادمة قبل أن يتضاءل تدريجيًا لسنوات. وسوف يستمر البقايا، التي تتكون من طبقات خارجية غازية مضاءة لآلاف السنين، في إسعاد أحفادنا لأجيال قادمة. ليس لدينا فكرة عن موعد بدء العرض، ولكن على الأقل نعرف ما يجب البحث عنه والترقب له عندما يحدث بالفعل!

هذا القسم الأخير من مقال أطول. المحتوى: