تم اكتشاف طريقة بسيطة وأنيقة لقياس جاذبية سطح النجم للتو. تم تطوير هذا الأسلوب الجديد بواسطة فريق من علماء الفلك برئاسة أستاذ فياندربيلت للفيزياء وعلم الفلك ، كيفان ستاسون ، وهو يقيس "وميض" النجم.
مع عدم اليقين الذي يتراوح من 50 في المائة إلى 200 في المائة ، كان الفلكيون حريصين على انتهاج طريقة جديدة لقياس جاذبية سطح النجم والتي ستعادل الملعب. من خلال الحصول على أرقام محسنة لمجموعة متنوعة من النجوم على مسافات مختلفة ، قد تكون هذه الطريقة الجديدة قادرة على قطع رقم الشك إلى النصف.
قال ستاسون: "بمجرد أن تعرف جاذبية سطح النجم ، فأنت تحتاج فقط إلى قياس واحد آخر ، درجة حرارته ، التي يسهل الحصول عليها ، لتحديد كتلته وحجمه وخصائصه الفيزيائية الهامة الأخرى".
أضاف جيبور بصري ، أستاذ علم الفلك في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، الذي ساهم في الدراسة: "إن قياس جاذبية السطح النجمية كان دائمًا عملًا صعبًا". "لذا من المفاجئ أن تجد أن الخفقان الخفيف لضوء النجم يوفر طريقة سهلة نسبيًا للقيام بذلك."
ما الطريقة التي نتبعها حاليًا لقياس جاذبية السطح النجمية؟ حتى الآن ، اعتمد علماء الفلك على ثلاث طرق: الضوئية ، الطيفية ، والنيازك. هذه الطريقة الجديدة في القياس ، والمعروفة باسم "طريقة الوميض" ، هي أكثر بساطة من الطرق السابقة وهي في الواقع أكثر دقة من اثنتين. دعنا نلقي نظرة على الطرق الثلاث المقبولة حاليًا ...
بالنسبة للقياس الضوئي ، ينظر المرء إلى مدى سطوع النجم بألوان مختلفة. مثل الرسم البياني ، تكشف هذه الأنماط عن التركيب الكيميائي ودرجة الحرارة وجاذبية السطح. يمكن قياس البيانات الضوئية ، التي يمكن استخدامها على النجوم الباهتة ، لكنها ليست دقيقة للغاية. تتراوح مع عدم اليقين من 90 إلى 150 في المائة. تشبه التقنية الطيفية ، على غرار الملاحظات الضوئية ، نظرة على اللون ، ولكن نظرة أقرب بكثير على الانبعاثات الأولية للغلاف النجمى. في حين أن معدل عدم اليقين أقل من 25 إلى 50 بالمائة ، إلا أنه يقتصر على النجوم الأكثر سطوعًا. مثل الباركود ، فإنه يقيس الجاذبية السطحية من خلال مدى ظهور الخطوط الطيفية: تنتشر الجاذبية العالية متباعدة ، بينما الجاذبية السفلية ضيقة. في علم التنجيم ، تزداد الدقة إلى نسبة قليلة فقط ، ولكن من الصعب الحصول على القياسات وتقتصر على النجوم القريبة الساطعة. في هذه التقنية ، يتم قياس الصوت المنتقل عبر المناطق النجمية وتحديد الترددات المحددة المرتبطة بالجاذبية السطحية. تنبض النجوم العملاقة بشكل طبيعي في نغمة منخفضة بينما تتردد أصداء النجوم الصغيرة عند درجة أعلى. تخيّل جرس الجرس الكبير بدلاً من رنين الجرس الصغير.
لذا ، ما هو وميض؟ في طريقة الوميض ، يتم قياس الاختلافات في سطوع النجم - على وجه التحديد الاختلافات التي تحدث في ثماني ساعات أو أقل. يبدو أن هذه الاختلافات مرتبطة بالتحبيب السطحي ، والترابط بين "الخلايا" التي تغطي السطح النجمي. وتتكون هذه المناطق من أعمدة غاز ترتفع من الأسفل. بالنسبة للنجوم ذات الجاذبية السطحية العالية ، يبدو أن التحبيب أدق ويومض بسرعة أكبر ، بينما النجوم ذات الجاذبية السطحية المنخفضة تعرض التحبيب الخشن والومض ببطء. وميض التسجيل هو عملية بسيطة ، وهي عملية لا تتضمن سوى خمسة أسطر من كود الكمبيوتر لإنشاء قياس أساسي. بفضل سهولته وبساطته ، فإنه لا يقلل من حساب الحصول على البيانات فحسب ، بل يقضي أيضًا على قدر كبير من الجهد اللازم لقياس الجاذبية السطحية لعدد كبير من النجوم.
"إن الأساليب الطيفية تشبه الجراحة. قال ستاسون: "التحليل دقيق ومشارك ودقيق للغاية". "الرجفة أشبه بالموجات فوق الصوتية. أنت فقط تقوم بتشغيل المسبار حول السطح وترى ما تحتاج إلى رؤيته. لكن قوتها التشخيصية - على الأقل لغرض قياس الجاذبية - جيدة إن لم تكن أفضل. "
هل طريقة الوميض دقيقة؟ من خلال وضع القياسات جنبًا إلى جنب مع علم التنجيم ، قرر الباحثون أن عامل عدم اليقين أقل من 25 في المائة - أفضل من النتائج الطيفية والضوئية. ميزتها السيئة الوحيدة هي أنها تطلب بيانات دقيقة يتم أخذها على مدى فترات زمنية طويلة. ومع ذلك ، فقد قدمت أداة متخصصة ، Kepler ، بالفعل كمية هائلة من المعلومات التي يمكن إعادة تدويرها. بفضل عشرات الآلاف من مشاهدات النجوم التي يتم رصدها من أجل الكواكب الخارجية ، تتوفر بيانات كيبلر بسهولة لاختبارات الوميض المستقبلية.
قال عضو الفريق جوشوا بيبر ، الأستاذ المساعد في الفيزياء في جامعة ليهاي: "إن الدقة الرائعة للبيانات من كيبلر تسمح لنا بمراقبة التذبذب والموجات على أسطح النجوم". "يتسبب هذا السلوك في تغييرات طفيفة في سطوع النجم على مقياس زمني لبضع ساعات ويخبرنا بتفصيل كبير عن مدى طول هذه النجوم في حياتها التطورية."
فقط كيف تم اكتشاف وميض؟ كان طالب الدراسات العليا فابيان باستيان أول من لاحظ شيئًا مختلفًا بعض الشيء أثناء استخدام برنامج تصور خاص لفحص بيانات كيبلر. تم تصميم هذا البرنامج ، الذي طوره علماء الفلك في فاندربيلت ، في الأصل لاستقصاء مجموعات بيانات علم الفلك الكبيرة والمتعددة الأبعاد. (إن أداة تصور البيانات التي مكنت هذا الاكتشاف ، المسماة Filtergraph ، مجانية للجمهور.)
قال باستيان: "كنت أخطط لمعلمات مختلفة بحثًا عن شيء يرتبط بقوة المجالات المغناطيسية للنجوم". "لم أجدها ، ولكني وجدت علاقة مثيرة للاهتمام بين بعض أنماط الوميض والجاذبية النجمية."
ثم أبلغ باستيان اكتشافها لـ Stassun. على نفس القدر من الفضول ، قرر الزوج بعد ذلك تجربة الطريقة الجديدة على منحنيات كيبلر الضوئية المؤلفة من عدة مئات من النجوم الشبيهة بالشمس. وفقًا للبيان الصحفي ، عندما حددوا متوسط السطوع لأي نجم معين مقابل شدة الوميض ، لاحظوا نمطًا. "مع تقدم النجوم في العمر ، ينخفض اختلافها الكلي تدريجيًا إلى الحد الأدنى. يمكن فهم ذلك بسهولة لأن معدل دوران النجم يتناقص تدريجيًا بمرور الوقت. مع اقتراب النجوم من هذا الحد الأدنى ، يبدأ وميضها في النمو في التعقيد - وهي سمة وصفها علماء الفلك بأنها "فرقعة". بمجرد وصولهم إلى هذه النقطة ، التي يسمونها أرضية وميض ، يبدو أن النجوم تحافظ على هذا المستوى المنخفض من التباين لبقية حياتهم ، على الرغم من أنها تنمو مرة أخرى مع اقتراب النجوم من نهاية حياتهم كنجوم حمراء عملاقة . "
قال ستاسون: "هذه طريقة جديدة ومثيرة للنظر إلى التطور النجمي وطريقة لوضع تطور مستقبل شمسنا في منظور أكبر".
إذن ما هو مستقبل شمسنا حسب الوميض؟ عندما اختبر الباحثون منحنى ضوء الشمس ، وجدوا أنه "يحوم فوق سطح الوميض". يقودهم هذا القياس إلى افتراض أن سول سيتحول إلى "حالة من الحد الأدنى من التباين ، وسيفقد ، في هذه العملية ، نقاطه". هل يمكن أن يكون هذا هو السبب في أننا لا نرى الكثير من النشاط كما هو متوقع خلال الحد الأقصى من الوقت الشمسي الحالي ، أم أن هذه مجرد نظرية جديدة حيث من السابق لأوانه وضع أي افتراضات؟ سنتصل بوميضك ونرفع لك نقطتين ...
مصدر القصة الأصلية: نشرة أخبار فاندربيلت.
