مذنّبات تمطر معادن على نجوم ميتة

تنشأ النجوم القَزمة البيضاء White dwarf بعد نفاد الوقود الهيدروجيني في جميع النجوم باستثناء أضخمها وهو الوقود اللازم لعمليات اندماجها النووي Nuclear fusion، وتخرج من نمط التسلسل الرئيس Main sequence. يتضخم النجم كعملاق أحمر Red giant منتفخ بنحو هائل، ويقذف طبقاته الخارجية ليشكل منها سديماً Nebula جميلاً من غازات متأينة. النواة هي كل ما يتبقى من النجم الأصلي، وبما أنه لم يعد قادراً على دعم عملية الاندماج، فإن هذا ”القزم الأبيض“ يبرد ببطء على مدى بلايين السنين. تتكون غالبية الأقزام البيضاء في الغالب من الكربون والأكسجين، لأنها العناصر التي ينتجها معظم العمالقة الحمراء في نهاية حياتها. إذا كان النجم الأصل أكبر بـ 8 مرات تقريباً من شمسنا، فهناك خطوة أخيرة إضافية في عملية الاندماج النووي، فيبقى قَزم أبيض يتكون من الأكسجين والنيون.

سيكون هذا هو تركيب البنية التي تتوقع أن يتشكل بها القَزم الأبيض على الأقل. غير أنه قد تبين وجود نسبة منها تتراوح بين ربعها ونصفها تقريباً تحتوي على كميات كبيرة من المعادن الثقيلة. وقد تلوثت طبقاتها الخارجية بعناصر مثل الألومنيوم والتيتانيوم والحديد والنيكل والنحاس.

المصدر الواضح لمثل هذه المعادن الثقيلة هو أحد الكواكب الصخرية الداخلية للنجم. يمكن أن يحدث هذا إذا أصبح مدار الكوكب غيرَ مستقر في مدار إهليلجي شديد الاستطالة Highly elliptical orbit، يوصله إلى مسافة قريبة من القزم الأبيض تكفي لتمزُّقه، وسيؤدي هذا إلى قذف طبقاته الغازية الخارجية. لكن الأرصاد تشير إلى أن كثيراً من الأقزام البيضاء يبدو أنها راكمت معادن بمعدل ثابت نسبياً على مدى بلايين السنين. وهذا يعني أنه بدلاً من ابتلاعها أحدَ كواكبها في حادثة واحدة، فلا بد أنها كانت تقضم ببطء مصدراً لعناصر أثقل. ولتفسير هذا ستكون في حاجة إلى خزان من المعادن وآلية ما لا تنقل هذه العناصر الأثقل داخلاً نحو القزم الأبيض المركزي فحسب، بل يمكنها أيضاً فعل ذلك على فترات زمنية طويلة جداً.

أمطارٌ غزيرة متوقعة
يعتقد دانغ فام Dang Pham وهانو رين Hanno Rein، من قسم علم الفلك والفيزياء الفلكية بجامعة تورنتو، أن مثل هذه الأقزام البيضاء القديمة الملوثة قد تكوّن من خلال استهلاكها الثابت لنسختها من سحابة أورت Oort cloud وهي منطقة مفترضة تحيط بمجموعتنا الشمسية، ويعتقد أن المذنّبات طويلة المدار Long-period comets تأتي منها. لقد صمما عملية محاكاة لنظام قَزم أبيض له سحابة أورت بعيدة خاصة به، وحسبا معدل اندفاع الصخور الغنية بالعناصر الثقيلة نحو القَزم الأبيض.

نظر الباحثان في عدة سيناريوهات مختلفة، بما في ذلك وجود نجم، أو كوكب غازي عملاق كبير قد يمزق سحابة أورت تلك. وما وجداه هو عدم ضرورة شيء من هذا القبيل.

”يمكن دفعُ المذنّبات إلى الداخل في مسار تصادُمي مع القَزم الأبيض بتأثير قوى الجذب المدِّية المجرِّية وحدها“

يمكن دفع المذنّبات نحو الداخل في مسار تصادمي مع القَزم الأبيض بمعدل مرتفع بما يكفي بسبب تأثير القوى المدية المجرية وحدها. هذه هي الطريقة التي تتشوه بها القشرة الكروية لسحابة أورت بسبب تدرُّج حقل جاذبية مجرّة درب التبانة. وهذا يكفي لإرسال الأجسام الصخرية الجليدية لتندفع نحو الداخل، حيث يمكن أن يلتهمها القَزم الأبيض مع مرور الوقت، ولتتناسب مع المستويات المرصودة للعناصر الثقيلة فيه.

تنتشر آثار عمل القوى المدية في الكون؛ ليس فقط بصورة قوة جذب القمر التي تسحب محيطات الأرض، أو بقاء القمر آيو ساخناً ومنصهراً في أثناء دورانه حول المشتري، ولكن هنا في هذا المثال أيضاً بصورة احتمال أن تؤدي قوى الجذب المدية الضعيفة إلى إطلاق رذاذ بطيء، ولكن مستمر، من العناصر المعدنية لتلويث الأقزام البيضاء.