عندما يتعلق الأمر بالنظر إلى ما وراء نظامنا الشمسي ، غالبًا ما يضطر الفلكيون إلى التنظير حول ما لا يعرفونه بناءً على ما يفعلونه. باختصار ، يجب عليهم الاعتماد على ما تعلمناه في دراسة الشمس والكواكب من نظامنا الشمسي من أجل إجراء تخمينات مدروسة حول كيفية تشكل أنظمة النجوم الأخرى وأجسامها وتطورها.
على سبيل المثال ، تعلم علماء الفلك الكثير من شمسنا عن كيف يلعب الحمل الحراري دورًا رئيسيًا في حياة النجوم. حتى الآن ، لم يتمكنوا من إجراء دراسات تفصيلية لسطوح النجوم الأخرى بسبب مسافاتها وعوامل حجبها. ومع ذلك ، في بداية تاريخية ، قام فريق دولي من العلماء مؤخرًا بإنشاء أول صور تفصيلية لسطح نجم عملاق أحمر يقع على بعد حوالي 530 سنة ضوئية.
ظهرت الدراسة مؤخرا في المجلة العلميةطبيعة تحت عنوان "خلايا التحبيب الكبيرة على سطح النجم العملاق Π¹ Gruis". قادت الدراسة كلوديا بالاديني من جامعة ليبر دو بروكسيل وتضمنت أعضاء من المرصد الجنوبي الأوروبي ، وجامعة نيس صوفيا أنتيبوليس ، وجامعة ولاية جورجيا ، وجامعة غرونوبل ألبس ، وجامعة أوبسالا ، وجامعة فيينا ، وجامعة فيينا إكستر.
من أجل دراستهم ، استخدم الفريق أداة ExpeRiment للتصوير الدقيق بالأشعة تحت الحمراء الدقيقة (PIONIER) على مقياس تداخل التلسكوب الكبير جدًا (VLTI) التابع لـ ESO لمراقبة النجم المعروف باسم Π¹ Gruis. تقع على بعد 530 سنة ضوئية من الأرض في كوكبة جروس (الرافعة) ، Π1 Gruis عملاق أحمر بارد. في حين أنها نفس كتلة شمسنا ، فهي أكبر بـ 350 مرة وعدة آلاف مرة مشرقة.
لعقود ، سعى الفلكيون لمعرفة المزيد عن خصائص الحمل الحراري وتطور النجوم من خلال دراسة عمالقة حمراء. هذه هي ما أصبحت النجوم التسلسلية الرئيسية بمجرد استنفاد وقود الهيدروجين والتوسع لتصبح مئات المرات من قطرها الطبيعي. لسوء الحظ ، كانت دراسة خصائص الحمل الحراري لمعظم النجوم العملاقة صعبة لأن أسطحها غالبًا ما تحجبها الغبار.
بعد الحصول على بيانات التداخل على Π1 Gruis في سبتمبر 2014 ، اعتمد الفريق بعد ذلك على برامج وخوارزميات إعادة بناء الصورة لتكوين صور لسطح النجم. سمح ذلك للفريق بتحديد أنماط الحمل الحراري للنجم من خلال انتقاء "حبيباته" ، وهي البقع المحببة الكبيرة على السطح التي تشير إلى الجزء العلوي من خلية الحمل الحراري.
كانت هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها إنشاء مثل هذه الصور ، وتمثل انفراجًا كبيرًا عندما يتعلق الأمر بفهمنا لكيفية تطور النجوم وتطورها. كما شرح الدكتور فابيان بارون ، الأستاذ المساعد في جامعة ولاية جورجيا والمؤلف المشارك في الدراسة:
"هذه هي المرة الأولى التي لدينا فيها مثل هذا النجم العملاق الذي تم تصويره بشكل لا لبس فيه مع هذا المستوى من التفاصيل. والسبب هو وجود حد للتفاصيل التي نراها بناءً على حجم التلسكوب المستخدم في عمليات المراقبة. لهذه الورقة ، استخدمنا مقياس التداخل. يتم دمج الضوء من عدة تلسكوبات للتغلب على حد كل تلسكوب ، وبالتالي تحقيق دقة مكافئة لتلك التلسكوب الأكبر بكثير. "
هذه الدراسة ذات أهمية خاصة لأن Π1 Gruis في المرحلة الرئيسية الأخيرة من الحياة ويشبه شكل شمسنا عندما تكون في نهاية عمرها. بعبارة أخرى ، عندما تستنفد شمسنا وقود الهيدروجين الخاص بها في حوالي خمسة مليارات سنة ، ستتوسع بشكل كبير لتصبح نجمة عملاقة حمراء. عند هذه النقطة ، ستكون كبيرة بما يكفي لتشمل عطارد والزهرة وربما حتى الأرض.
ونتيجة لذلك ، فإن دراسة هذا النجم ستعطي العلماء نظرة ثاقبة للنشاط المستقبلي وخصائص ومظهر شمسنا. على سبيل المثال ، تحتوي شمسنا على حوالي مليوني خلية حملية يبلغ قطرها 2000 كيلومتر (1243 ميل). بناء على دراستهم ، يقدر الفريق أن سطح Π1 يمتلك Gruis نمطًا بالحمل الحراري المعقد ، مع حبيبات قياسها حوالي 1.2 × 10 ^ 8 كم (62،137،119 ميل) أفقيًا أو 27 في المائة من قطر النجم.
ويتسق هذا مع ما توقعه علماء الفلك ، وهو أن النجوم العملاقة والعملاقة يجب أن تحتوي فقط على عدد قليل من الخلايا الحملية الكبيرة بسبب جاذبيتها السطحية المنخفضة. كما أشار بارون:
"هذه الصور مهمة لأن حجم وعدد الحبيبات على السطح يتناسب بشكل جيد جدًا مع النماذج التي تتنبأ بما يجب أن نراه. هذا يخبرنا أن نماذجنا من النجوم ليست بعيدة عن الواقع. ربما نكون على المسار الصحيح لفهم هذه الأنواع من النجوم ".
أشارت الخريطة التفصيلية أيضًا إلى اختلافات في درجة حرارة السطح ، والتي كانت واضحة من الألوان المختلفة على سطح النجم. ويتسق هذا أيضًا مع ما نعرفه عن النجوم ، حيث تشير اختلافات درجات الحرارة إلى العمليات التي تحدث في الداخل. مع ارتفاع درجات الحرارة وانخفاضها ، تصبح المناطق الأكثر سخونة وسوائل أكثر إشراقًا (تظهر بيضاء) بينما تصبح المناطق الأكثر برودة والأكثر كثافة أغمق (حمراء).
بالنظر إلى المستقبل ، تريد بالاديني وفريقها إنشاء صور أكثر تفصيلاً لسطح النجوم العملاقة. الهدف الرئيسي من ذلك هو أن تكون قادرًا على متابعة تطور هذه الحبيبات بشكل مستمر ، بدلاً من مجرد الحصول على لقطات لنقاط مختلفة في الوقت المناسب.
من هذه الدراسات وما شابهها ، من غير المحتمل أن نتعلم المزيد فقط عن تكوين وتطور أنواع مختلفة من النجوم في كوننا ؛ نحن متأكدون أيضًا من الحصول على فهم أفضل لما هو نظامنا الشمسي.
