علماء الفيزياء الفلكية يراقبون ظواهر الكم طويلة النظرية

من المحتمل أن يكون النجم المركزي للسديم الكوكبي NGC 2440 ، HD62166 ، هو أشهر نجم قزم أبيض معروف تم اكتشافه حتى الآن. تُظهر الأقزام البيضاء ظواهر كمومية محيرة: عندما تكتسب كتلة ، يتقلص حجمها. الائتمان: NASA / JPL / STScI / AURA

يقوم فريق بقيادة الطلاب بالتحقيق في العلاقة بين الكتلة والشعاع قزم ابيض النجوم ، مع ملاحظة أدلة في بياناتهم على ميكانيكا الكم ونظرية أينشتاين للنسبية العامة.

في قلب كل نجم قزم أبيض – وهو الجسم النجمي الكثيف الذي يبقى بعد أن يحرق النجم احتياطي الوقود من الغازات مع اقترابه من نهاية دورة حياته – يكمن لغز كمي: عندما تضيف الأقزام البيضاء كتلة ، فإنها تتقلص الحجم ، حتى تصبح صغيرة جدًا ومضغوطة بإحكام بحيث لا تستطيع تحمل نفسها ، وتنهار في ملف النجم النيوتروني.

هذه العلاقة المحيرة بين كتلة وحجم القزم الأبيض ، والتي تسمى العلاقة بين الكتلة ونصف القطر ، تم تنظيرها لأول مرة من قبل عالم الفيزياء الفلكية الحائز على جائزة نوبل سوبراهمانيان شاندراسيخار في ثلاثينيات القرن الماضي. الآن ، طور فريق من علماء الفيزياء الفلكية في جامعة جونز هوبكنز طريقة لرصد الظاهرة نفسها باستخدام البيانات الفلكية التي تم جمعها بواسطة Sloan Digital Sky Survey ومجموعة بيانات حديثة أصدرها مرصد Gaia Space. قدمت مجموعات البيانات المجمعة أكثر من 3000 من الأقزام البيضاء للفريق لدراستها.

تم نشر تقرير النتائج التي توصلوا إليها ، بقيادة فيدانت تشاندرا ، كبير هوبكنز ، في مجلة الفيزياء الفلكية.

تقول نادية زاكامسكا ، الأستاذة المساعدة في قسم الفيزياء ، “العلاقة بين الكتلة ونصف القطر هي مزيج مذهل من ميكانيكا الكم والجاذبية ، ولكنها غير منطقية بالنسبة لنا – نعتقد أنه عندما يكتسب الجسم كتلة ، يجب أن يكبر”. علم الفلك الذي أشرف على الطلاب الباحثين. “النظرية موجودة منذ فترة طويلة ، ولكن ما هو ملحوظ هو أن مجموعة البيانات التي استخدمناها ذات حجم غير مسبوق وغير مسبوق صحة. طرق القياس هذه ، التي تم تطويرها في بعض الحالات منذ سنوات ، عملت فجأة بشكل أفضل بكثير ويمكن أخيرًا التحقق من هذه النظريات القديمة “.

“الطريقة التي أمدحتها بجدي هي أنك ترى في الأساس ميكانيكا الكم ونظرية أينشتاين للنسبية العامة معًا لإنتاج هذه النتيجة. لقد كان متحمسًا للغاية عندما وضعت الأمر على هذا النحو “. – فيدانت شاندرا ، طالب جامعي في جامعة جونز هوبكنز

حصل الفريق على نتائجهم باستخدام مجموعة من القياسات ، بما في ذلك في المقام الأول تأثير الانزياح الأحمر الثقالي ، وهو تغيير الأطوال الموجية للضوء من الأزرق إلى الأحمر مع تحرك الضوء بعيدًا عن الجسم. إنها نتيجة مباشرة لنظرية النسبية العامة لأينشتاين.

“بالنسبة لي ، يكمن جمال هذا العمل في أننا نتعلم جميعًا هذه النظريات حول كيفية تأثر الضوء بالجاذبية في المدرسة وفي الكتب المدرسية ، ولكننا الآن نرى بالفعل هذه العلاقة في النجوم نفسها” ، كما يقول طالب الدراسات العليا في السنة الخامسة هسيانغ -Chih Hwang ، الذي اقترح الدراسة وأدرك لأول مرة تأثير الانزياح الأحمر الثقالي في البيانات.

كان على الفريق أيضًا أن يأخذ في الحسبان كيف يمكن أن تؤثر حركة النجم عبر الفضاء على إدراك انزياح جاذبيته إلى الأحمر. على غرار الطريقة التي تتغير بها صفارات الإنذار الخاصة بمحرك إطفاء الحرائق وفقًا لحركتها بالنسبة إلى الشخص المستمع ، تتغير ترددات الضوء أيضًا اعتمادًا على حركة الجسم الباعث للضوء بالنسبة إلى المراقب. هذا يسمى تأثير دوبلر ، وهو في الأساس “ضوضاء” مشتتة للانتباه تعقد قياس تأثير الانزياح الأحمر الجاذبي ، كما يقول سيهاو تشينج ، أحد المساهمين في الدراسة ، وهو طالب دراسات عليا في السنة الرابعة.

لحساب الاختلافات التي يسببها تأثير دوبلر ، صنف الفريق الأقزام البيضاء في مجموعة عيناتهم حسب نصف القطر. ثم قاموا بعد ذلك بحساب متوسط ​​الانزياحات الحمراء للنجوم ذات الحجم المماثل ، وتحديدًا بشكل فعال أنه بغض النظر عن مكان وجود النجم نفسه أو المكان الذي يتحرك فيه بالنسبة إلى الأرض ، فمن المتوقع أن يكون له انزياح جاذبي داخلي أحمر بقيمة معينة. فكر في الأمر على أنه أخذ قياس متوسط ​​لجميع درجات حرارة جميع محركات الإطفاء التي تتحرك في منطقة معينة في وقت معين – يمكنك أن تتوقع أن أي محرك إطفاء ، بغض النظر عن الاتجاه الذي يتحرك فيه ، سيكون له ميل جوهري لهذا المتوسط القيمة.

يمكن استخدام قيم الانزياح الأحمر للجاذبية الذاتية لدراسة النجوم التي يتم ملاحظتها في مجموعات البيانات المستقبلية. يقول الباحثون إن مجموعات البيانات القادمة الأكبر والأكثر دقة ستسمح بمزيد من الضبط الدقيق لقياساتهم ، وأن هذه البيانات قد تساهم في التحليل المستقبلي للتركيب الكيميائي للقزم الأبيض.

يقولون أيضًا أن دراستهم تمثل تقدمًا مثيرًا من النظرية إلى الظواهر المرصودة.

يقول زاكامسكا: “نظرًا لأن النجم يصبح أصغر مع زيادة كتلته ، فإن تأثير الانزياح الأحمر الثقالي ينمو أيضًا مع الكتلة”. “وهذا أسهل في الفهم – من الأسهل الخروج من جسم أقل كثافة وأكبر من الخروج من جسم أكثر ضخامة وأكثر إحكاما. وهذا بالضبط ما رأيناه في البيانات “.

حتى أن الفريق يبحث عن جماهير أسيرة لأبحاثهم في المنزل – حيث أجروا عملهم وسط جائحة فيروس كورونا.

يقول تشاندرا: “الطريقة التي أمدحتها بجدي هي أنك ترى أساسًا ميكانيكا الكم ونظرية أينشتاين للنسبية العامة معًا لإنتاج هذه النتيجة”. “لقد كان متحمسًا جدًا عندما وضعت الأمر على هذا النحو.”

المرجع: “قياس الانزياح الأحمر الجاذبي للعلاقة بين الكتلة والشعاع القزم الأبيض” بقلم فيدانت شاندرا ، هسيانج-تشيه هوانج ، ناديا زاكامسكا وسيهاو تشينج ، 25 أغسطس 2020 ، مجلة الفيزياء الفلكية.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / aba8a2
arXiv: 2007.14517

READ  اكتشاف الأرض الفائقة الساخنة على بعد 26 سنة ضوئية | الفلك

You May Also Like

About the Author: Fajar Fahima

"هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز."

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *