الأقزام الحمراء: النجوم الأكثر شيوعًا والأطول عمراً

فنان

يُظهر مفهوم الفنان DG CVn - وهو نظام ثنائي يتكون من نجمين قزم أحمر - يطلق العنان لسلسلة من التوهجات القوية التي شاهدتها مركبة الفضاء Swift التابعة لناسا في 23 أبريل 2014. (مصدر الصورة: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا / إس. ويسينجر)





تشكل نجوم القزم الحمراء أكبر عدد من النجوم في المجرة ، لكنها تختبئ في الظل ، وهي قاتمة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة من الأرض. يساعد إشعاعها المحدود على إطالة أعمارها ، والتي هي أكبر بكثير من عمر الشمس.

يعتقد العلماء أن 20 من أصل 30 نجمًا بالقرب من الأرض هي أقزام حمراء. أقرب نجم إلى الشمس ، Proxima Centauri ، هو a القزم الأحمر .

لا يشير مصطلح 'القزم الأحمر' إلى نوع واحد من النجوم. غالبًا ما يتم تطبيقه على أروع الأجسام ، بما في ذلك الأقزام K و M - وهي نجوم حقيقية - والأقزام البنية ، وغالبًا ما يشار إليها باسم 'النجوم الفاشلة' لأنها لا تحافظ على اندماج الهيدروجين في نواتها.



قال عالم الفلك مايكل جيلون من جامعة لييج في بلجيكا لموقع ProfoundSpace.org عبر البريد الإلكتروني: `` لا يوجد تعريف حقيقي للأقزام الحمراء. كان جيلون ، الذي يدرس الأجسام النجمية في الطرف الأكثر برودة من الطيف ، جزءًا من الفريق الذي حدد النجم فائق البرودة TRAPPIST-1 . قال جيلون إن القزم الأحمر 'يشير عمومًا إلى النجوم القزمة ذات النوع الطيفي الذي يتراوح من K5V إلى M5V'.

التكوين والخصائص

الأقزام الحمراء تتشكل مثل غيرها نجوم التسلسل الرئيسي . أولاً ، يتم سحب سحابة من الغبار والغاز معًا بواسطة الجاذبية وتبدأ في الدوران. ثم تتكتل المادة في المركز ، وعندما تصل إلى درجة الحرارة الحرجة ، يبدأ الاندماج.

تشمل الأقزام الحمراء أصغر النجوم ، حيث تزن ما بين 7.5٪ و 50٪ من كتلة الشمس. حجمها الصغير يعني أنها تحترق عند درجة حرارة منخفضة تصل فقط إلى 6380 درجة فهرنهايت (3500 درجة مئوية). بالمقارنة ، فإن الشمس لديها درجة الحرارة من 9،900 فهرنهايت (5،500 درجة مئوية). درجات الحرارة المنخفضة للأقزام الحمراء تعني أنها أغمق بكثير من النجوم مثل النجم الشمس .



تعني درجة حرارتهم المنخفضة أيضًا أنهم يحترقون من خلال إمدادهم بالهيدروجين بسرعة أقل. بينما تحترق النجوم الأخرى الأكثر ضخامة من خلال الهيدروجين الموجود في نواتها فقط قبل أن تصل إلى نهاية حياتها ، تستهلك الأقزام الحمراء كل الهيدروجين داخل قلبها وخارجه. هذا يمتد من عمر الأقزام الحمراء إلى تريليونات السنين. أبعد بكثير من عمر النجوم الشبيهة بالشمس البالغ 10 مليارات سنة.

في هذا الفنان

في تصور هذا الفنان ، يدور الغاز والغبار حول نجم شاب. في النهاية يجب أن تشكل هذه المادة الكواكب من خلال التراكم الثقالي.(رصيد الصورة: NASA / JPL-Caltech)



تصنيف الأقزام الحمراء

يواجه العلماء أحيانًا صعوبة في التمييز بين النجم القزم الأحمر والقزم البني. الأقزام البنية باردة وقاتمة ، ومن المحتمل أن تشكل نفس الطريقة التي تتشكل بها الأقزام الحمراء ، لكن الأقزام البنية لا تصل أبدًا إلى نقطة الاندماج لأنها صغيرة جدًا ، وبالتالي فهي لا تعتبر نجومًا.

قال آدم بورجاسر ، عالم الفلك في جامعة كاليفورنيا: 'عندما نلاحظ قزمًا أحمر ونقيس غلافه الجوي ، فإننا لا نعرف بالضرورة ما إذا كان قزمًا بنيًا أم نجمًا - تبدو الأقزام البنية الصغيرة تمامًا مثل النجوم فائقة البرودة'. سان دييغو.

لمعرفة ما إذا كان الجسم السماوي قزمًا بني أو أحمر ، يقيس العلماء درجة حرارة الغلاف الجوي لهذا الجسم. الأقزام البنية الخالية من الاندماج تكون أكثر برودة من 2000 كلفن (3140 فهرنهايت أو 1727 درجة مئوية) ، في حين أن النجوم المندمجة بالهيدروجين تكون أكثر دفئًا من 2700 كلفن (4400 فهرنهايت أو 2427 درجة مئوية). بينهما ، يمكن تصنيف النجم على أنه قزم أحمر أو قزم بني.

في بعض الأحيان ، يمكن للمواد الكيميائية الموجودة في الغلاف الجوي للكائن أن تكشف عن أدلة حول ما يحدث في قلبه. وفقًا لبورجاسر ، فإن وجود جزيئات مثل الميثان أو الأمونيا ، والتي لا يمكنها البقاء إلا في درجات الحرارة الباردة ، يشير إلى أن الجسم هو قزم بني. يشير الليثيوم الموجود في الغلاف الجوي أيضًا إلى أن القزم الأحمر هو قزم بني وليس نجمًا حقيقيًا.

قال بورجاسر إن العلماء ربما لا يزالون يستخدمون مصطلح القزم الأحمر لوصف كيف يبدو الجسم السماوي - صغيرًا وخافتًا - حتى لو كان في الواقع قزمًا بنيًا.

تمزج الأقزام البنية سمات النجوم والكواكب ، لكنها كيانات فريدة خاصة بها. هذا الفنان

تمزج الأقزام البنية سمات النجوم والكواكب ، لكنها كيانات فريدة خاصة بها. يُظهر الرسم التوضيحي لهذا الفنان القزم البني 2MASSJ22282889-431026 ، والذي رصده تلسكوبات الفضاء سبيتزر وهابل التابعة لناسا في وقت واحد.(رصيد الصورة: NASA / JPL-Caltech)

مجموعة من الكواكب الصالحة للحياة؟

تتكون الكواكب من المادة المتبقية في قرص بعد تكوين نجمها. تم العثور على العديد من الأقزام الحمراء مع الكواكب المحيطة بها ، على الرغم من ندرة وجود عمالقة الغاز الهائلة. نظرًا لأن الأقزام الحمراء أغمق من النجوم مثل الشمس ، فمن الأسهل العثور على الكواكب الصغيرة التي قد تحيط بهذه الأجسام الباهتة ، مما يجعل الأقزام الحمراء هدفًا شائعًا للبحث عن الكواكب. وكالة ناسا تلسكوب كبلر الفضائي (التي تعمل بين عامي 2009 و 2018) و Transiting Exoplanet Survey Satellite ، أو TESS (التي بدأت عملياتها في 2018) ، قامت بمسح العديد من نجوم الأقزام الحمراء بحثًا عن كواكب شبيهة بالأرض.

نظرًا لأن الكواكب التي تم فحصها بواسطة TESS قريبة من النجوم الساطعة التي تميل إلى أن تكون قريبة من الأرض ، فمن السهل على التلسكوبات الأرضية متابعة الملاحظات. في أبريل 2019 ، أعلن محققو TESS أنهم فعلوا ذلك وجدوا أول كوكب بحجم الأرض لمهمتهم رغم أن ظروفها ليست مثالية للحياة كما نعرفها.

لفترة طويلة ، اعتقد العلماء أن الأقزام الحمراء غير صالحة للسكنى. كان الضوء والحرارة المحدودان يعنيان أن المنطقة الصالحة للسكن - أو المنطقة التي يمكن أن تتشكل فيها المياه السائلة على الكواكب حول قزم أحمر - ستكون قريبة جدًا من النجم ، مما يضع الكواكب في نطاق الإشعاع الضار من النجم. قد تكون الكواكب الأخرى محصورة بشكل مدّي مع النجم ، حيث يواجه أحد الجانبين الشمس باستمرار ، مما يتسبب في أن يكون أحد الجانبين دافئًا جدًا ، والآخر بارد جدًا.

في عام 2016 ، تم العثور على كوكب يحتمل أن يكون صالحًا للسكن يدور حول Proxima Centauri (أقرب نجم للأرض). وفي عام 2019 ، أعلن علماء الفلك عن احتمال وجود كوكب ثانٍ يدور بعيدًا عن المنطقة الصالحة للسكن للنجم. يدور ما لا يقل عن سبعة كواكب بحجم الأرض حول القزم الأحمر TRAPPIST-1 ، وتشير العديد من الدراسات على الأقل يمكن لبعض تلك الكواكب أن تستضيف الحياة .

يُظهر تصور هذا الفنان كوكبًا افتراضيًا صالحًا للسكن مع قمرين يدوران حول نجم قزم أحمر. اكتشف علماء الفلك أن 6 في المائة من جميع النجوم القزمة الحمراء لها كوكب بحجم الأرض في المنطقة الصالحة للسكن ، وهو دافئ بدرجة كافية لتدفق الماء السائل على سطح الكوكب. نظرًا لأن النجوم القزمة الحمراء شائعة جدًا ، فمن الناحية الإحصائية ، يجب أن يكون أقرب كوكب شبيه بالأرض على بعد 13 سنة ضوئية فقط. تمت إضافة الصورة في 6 فبراير 2013.

يُظهر تصور هذا الفنان كوكبًا افتراضيًا صالحًا للسكن مع قمرين يدوران حول نجم قزم أحمر. اكتشف علماء الفلك أن 6 في المائة من جميع النجوم القزمة الحمراء لها كوكب بحجم الأرض في المنطقة الصالحة للسكن ، وهو دافئ بدرجة كافية لتدفق الماء السائل على سطح الكوكب. نظرًا لأن النجوم القزمة الحمراء شائعة جدًا ، فمن الناحية الإحصائية ، يجب أن يكون أقرب كوكب شبيه بالأرض على بعد 13 سنة ضوئية فقط.(رصيد الصورة: David A. Aguilar (CfA))

نهاية الخط

قد يكون للأقزام الحمراء الصغيرة عمر طويل ، ولكن مثل جميع النجوم الأخرى ، فإنها ستحترق في النهاية من خلال إمدادها بالوقود. عندما يفعلون ذلك ، تصبح الأقزام الحمراء أقزامًا بيضاء - نجوم ميتة لم تعد تخضع للانصهار في صميمها. في النهاية ، ستشع الأقزام البيضاء كل حرارتها وتصبح أقزامًا سوداء.

ولكن على عكس الشمس ، التي ستصبح قزمًا أبيض في غضون بضعة مليارات من السنين ، ستستغرق الأقزام الحمراء تريليونات السنين لتحترق بوقودها. هذا أطول بكثير من عمر الكون ، الذي يقل عمره عن 14 مليار سنة. قد تكون الأقزام الحمراء قاتمة بعض الشيء ، لكن مثل السلحفاة ، فإنها تفوز ببطء ولكن بثبات في سباق البقاء على قيد الحياة.

مصادر إضافية:

تم تحديث هذه المقالة في 6 يونيو 2019 بواسطة إليزابيث هويل ، المساهمة في موقع guesswhozoo.com.