How the Universe Works

...المستعرات العظمى الانفجارات الضخمة التي تضيء الكون

إحدى أروع الأشياء في الكون موت نجم ضخم

تعيش سريعًا وتموت يافعة

داخل النجوم .. حرارة اللب والضغوطات هائلة

إننا نتكلم عن بلايين الدرجات في مركز إحدى تلك النجوم

قنبلة زمنية موقوتة تنفجر بطاقة فوق الوصف

الدقائق الأخيرة في حياة النجم الضخم هي أقوى الأحداث الكارثية التي نراها بالكون

خاتمة مثيرة تتوهّج عبر الفضاء

هذا المستعر الأعظم ألمع من مئات بلايين النجوم التي تكوّن المجرّة

يا لروعة ذلك

لكن موت تلك النجوم يحمل أيضًا مفتاح الحياة ذاتها

فهم المستعرات العظمى هو فهم قصتنا

ندين بوجودنا لها

كيف يعمل الكون

الآن بمكان ما في الكون يتفجّر نجمٌ ضخم

صانعًا انفجارًا كونيًا ضخما يسمّى المستعر الأعظم

المستعرات العظمى هي النهاية الكبيرة الدرامية لحياة النجم

تموت كافة النجوم، لكن تموت الكبيرة فقط بانفجار

ليموت النجم في مستعر أعظم فينبغي أن يكون أضخم من الشمس ثماني مرّات على الأقلّ

من السهل أن نعتقد أن شمسنا عملاقة

لكن شمسنا صغيرة مقارنة ببعض النجوم العملاقة في السماء

بوسعنا رؤية بعض تلك النجوم العملاقة بالعين المجرّدة

وألمع عاشر نجم في سماء الليل هو عملاق أحمر ضخم 15 ضِعف كتلة الشمس

الجوزاء

الجوزاء بالغ الضخامة بحيث لو وضعته في نظامنا الشمسي لامتدّ لمدار المشتري

إنه أحد أكبر الوحوش بالمجرّة إنه نجم أيضًا على شفا الموت

عُمر الجوزاء أقل من عشرة ملايين عام

لكن أيام هذا النجم العملاق معدودة

إنه على وشك الانفجار

وعندما ينفجر فسنرى بقعة من السماء مضاءة لأربعة عشر يومًا حتى يضيء كالبدر

سيكون أروع المشاهد في التاريخ

قد ينفجر في أي لحظة، أعني هذا ما أقف بسببه في فنائي في الشتاء

وأنظر إلى منكب الجبار، وأرى الجوزاء، وأتمنّى أن ينفجر

ما الذي سيؤول بالجوزاء إلى مستعر أعظم؟

لفهم موت النجم لضخم ينبغي أن نفهم حياته

من مولده حتى مماته فإن حياة النجم هي معركة مستمرّة

تسحب الجاذبية للداخل وتدفع الطاقة للخارج

يقوم باطن النجم بدمج أنوية ذرات لا حصر لها

تكتظ الذرات لتقترب من بعضها للغاية

لو اقتربت بما يكفي فستلتصق لتُكوّن ذرة أضخم

في كل ثانية يُدمج النجم الضخم سبعة ونصف بليون طن من الهيدروجين

تلك الكمية من الطاقة تكافئ قرابة مئة بليون قنبلة ذرية في الثانية

هذا انفجار ضخم

تلك الطاقة المتفجّرة تهدّد بتمزيق النجم

لكن جاذبية النجم الهائلة تحافظ عليه

كل ما بالكون هو معركة بين قوة الجاذبية الساحبة وقوة الضغط أو الطاقة الدافعة

كل نجم في السماء حتى شمسنا هو ساحة معركة ديناميكية

يحدُث بالنجم انفجار ضخم للغاية على أن يُفجر النجم

تحافظ عليه الجاذبية

تلك القوتان المتضادتان تحددان حياة النجم وموته

وحينها يهمّ الحجم

كلما كان النجم عملاقًا زاد دفع الجاذبية للداخل وصعُب على النجم أن يدفع للخارج ليحافظ على حياته

النجوم العملاقة كأنها تتعاطى المنشطات

لديها الكثير من الوقود لتحرقه

إنها قوية للغاية بحيث تستنفد وقودها بمعدّل سريع

النجوم العملاقة كالجوزاء هي مصانع عملاقة

تقوم بدمج العناصر الأخفّ لأخرى أثقل

لكن لا يبدأ العمل الشاق إلا قُبيل حتفها

حتى قرابة 90% من عمرها تقوم بدمج الهيدروجين إلى هيليوم

لكن في النهاية يبدأ الهيدروجين بالنفاد

في لُب النجم العملاق الضخم

هناك سلسلة من الاندماج الذي يحدث من العناصر الأخف للأثقل

ويتسارع في كل خطوة

يبدأ العد التنازلي للموت

يُهيمن السحب الداخلي للجاذبية ليرفع حرارة اللب

يبدأ الهيليوم بالاندماج إلى كربون

هنا هيليوم يكفي لمليون عام تقريبًا

لكنه سينفد أيضًا وتبدأ الأمور بالتسارع

يندمج الكربون إلى نيون ويستغرق ذلك ألف عام

ويندمج النيون إلى سيليكون وهذا يستغرق قرابة العام

متى يبدأ بدمج السيليكون والحديد فإنه يستغرق يومًا واحدًا

ويصير أكثر اهتياجًا كبرنامج سباق الطهي

حيث متى يقترب الوقت من نهايته يحاولون القيام بأشياء أكثر ويهتاجون حتى ينتهي الوقت

النجم الآن في سكرات موته

متى يبدأ تكوين الحديد فيشارف الوقت للوصول إلى نهاية هذا النجم الكارثية

تتكوّن كرة ضخمة من حديد بالغ الكثافة في مركز لُب النجم المحتضر

كرة الحديد هذه بعرض عدة آلاف ميل

وبالغة السخونة

تسخن حتى تصير الحرارة متناهية

أعنى أننا نتكلم عن بلايين الدرجات في مركز إحدى تلك النجوم

تلك الحرارة العاتية تنَتُج من تفاعلات الاندماج

المزيد من التفاعلات تُكوّن عناصر أثقل فأثقل

وفي كل خطوة تصدر طاقة أقل حتى يتكوّن الحديد

عند محاولة دمج أنوية الحديد فهذا يحتاج طاقة ولا يولّدها

فمتى يبدأ اللب بدمج الحديد فإنه يسلب في الأساس طاقته

لبّ الحديد المتنامي يمتصّ المزيد والمزيد من الطاقة من النجم

تستمرّ جاذبية النجم بالشدّ للداخل لتكتسح الضغط الدافع من باطن النجم

ينسحق كل شيء لدرجات مهولة

فجأة لا يوجد تفاعل نووي يدعم النجم أمام سحق الجاذبية

بعدم وجود ما يدعمه فإن النجم هالك، تفوز الجاذبية

تنهار أطراف لب الحديد

تنهار تريليونات أطنان الحديد للداخل في ربع سرعة الضوء

لا يتبقى للنجم سوى أقل من ثانية ليعيش

يبدأ كل شيء بالتهاوي بسرعة كبيرة

ينهار اللب بسرعة بحيث لا يكفي وقت لطبقات النجم الخارجية لتتفاعل، إنها تتعلّق فحسب

كذئب القيوط البري عندما ينهار جُرُف تحته ولا يسقط حتى يلاحظه

ينهار بقية النجم

يندفع تريليون تريليون تريليون طن من الغاز للداخل في أعقاب الحديد

تخيّلوا كتلة النجم بأكملها التي دعمتها التفاعلات النووية بالداخل

فجأة توقفت تلك التفاعلات النووية في جزء من الثانية

يندفع كل شيء نحو المنتصف

لتُطلق جميعها أضخم الانفجارات في الكون

بوسع الضربة القاضية المدهشة أن تفوق لمعان كل النجوم في المجرة

لكن ثمة مشكلة

لا نفهم بالكامل كيف لكرة منسحقة من الحديد وأطنان الغاز المنهار أن يصنع كرة نارية ضخمة؟

إثارة اللب المنهار لانفجار ضخم هي إحدى أكبر الألغاز في الفيزياء الفلكية

المستعر الأعظم .. أحد أقوى الانفجارات في الكون

أثاره انهيار نجم ضخم

!كيف لانهيار عنيف أن يثير انفجارًا ضخمًا

هذا يشتمل على بعض أعقد فيزياء فلكية معروفة للبشرية

ولا نفهم بالكامل تفاصيل العملية

إننا نفتقد شيئًا، لأننا دائمًا نرصد المستعر الأعظم بعد فوات الأوان

ما ترونه هو لمعان النجم وهذا يحدث بعد الواقعة

الحل السحري ليس بالعثور على المستعر الأعظم لكن العثور على اللحظة التي ندعوها لحظة الانفجار

لحظات الانفجار هي حشرجة موت النجوم العملاقة

إنها اللحظات بعد انهيار اللب عندما يتفجّر النجم في وميض ضخم من الضوء المرئي

في تاريخ الفلك بأكمله لم نلتقط تلك اللحظة إلا مرتين

مرّة بمقراب ناسا "الفضائي باهظ الثمن "كيبلر

ومرّة بواسطة هاوٍ أرجنتيني محظوظ

أحبّ تلك القصة، هناك فلكي "هاوٍ يسمّى "فيكتور بوزو

لديه مقراب رائع في مرصد في فنائه

وكان يلتقط صورًا بالتتابع لذات المجرة في السماء

واتضح أنه كان ينظر للمنطقة المناسبة من السماء والتقط بالحظ لحظة انفجار المستعر الأعظم

فرص التقاط تلك اللحظات واحد لعشرة ملايين

ما التقطه "فيكتور" كانت لحظة وصول الموجة الصدمية للسطح

لاحظ "فيكتور" تلك البقعة الظاهرة في صوره

ليدرك أنه التقط أول وميض للضوء من نجم متفجّر

قام بإخطار الفلكيين المحترفين عبر أرجاء الأرض

عندما سمعتُ اكتشافه اندهشت للغاية

أنّى لهذا الشخص مستخدمًا كاميرا على مقرابه للمرة الأولى

تتجه عشوائيًا صوب مجرّة في السماء

أن يكتشف هذا النجم المتفجّر في ساعة انفجاره الأولى، إنه أمر جيد إن صحّ

قام "أليكس فلبينكو" وفريقه بمراقبة الضوء الساطع من النجم

ما اكتشفناه من دراسة الضوء من مستعر "بوزو" الأعظم

أن الجسم قد سطع بسرعة لوقت قصير

،عندما قامت موجة صدمية موجة فوق صوتية، بعبور النجم

تتفجّر عبر السطح

عندما وصلت للحافة، انطلقت كمية هائلة من الطاقة على هيئة وميض هائل

هذه لحظة الانفجار الصدمي

الموجة الصدمية العملاقة انطلقت بسرعة 30 ألف ميل في الساعة

تتفجّر عبر سطح النجم

وتمزّقه إربًا

نرى الموجات الصدمية من الانفجارات على الأرض

بوسعها الانطلاق عبر الغازات والسوائل والمواد الصلبة

وأيضًا عبر طبقات النجم المنهار

ملاحظة الموجة الصدمية التي تصل لسطح النجم كانت بالغة الأهمية

لأن "فيكتور" قد تمكّن من التقاط النجم وقت تحوّله لمستعر أعظم

هذا كنزٌ علمي

لحظة الانفجار الصدمي أشبه بمسحوق الذهب الكوني

وميض في الطاسة يمتدّ لعشرين دقيقة

غمضة عين فقط بمقاييس الوقت الفلكية

لكن ما يُفجّر الموجة الصدمية هو سؤال الارتداد

يمكن تفسير الموجة الصدمية للمستعر الأعظم بمعاونة كرة سلة

ما يحدث في النجم المتفجر أن التفاعلات النووية تنطفئ في اللب

ثم تنهار الطبقات الخارجية بسرعات عالية صوب اللب الداخلي

ثم ترتدّ وترجع للخارج

وما يعطيها الطاقة الكبيرة هو تركيب النجم

عندما يستنفد النجم المحتضر وقوده

فإنه يصنع طبقات من عناصر مختلفة

الحديد الثقيل في اللب مع طبقات فوق طبقات من العناصر الأخف فوقه

لنفترض وجود طبقة واحدة

وحدث ارتداد كإسقاط تلك الكرة

لا ترتدّ عاليًا لكن لنضعها مثل النجم

بالثقيل بالأسفل والأخف بالأعلى

لنرى كيف يحدث هذا الارتداد

هذا هو الارتداد الحقيقي

كرة التنس تندفع بقوّة من كرة السلة

لأن الطاقة من ارتداد كرة السلة تنتقل للأعلى

ينطبق ذات الأمر مع النجم المنهار لكن مع المزيد من الطبقات

كافة العناصر المختلفة تنهار للداخل

الطبقات الأثقل ترتطم باللب الكثيف أولاً لتنقل الطاقة للطبقات الأخفّ

هذا يصنع موجة صدمية

لكن تلك الطاقة لا تكفي لدفع الموجة الصدمية طوال الطريق لخارج النجم

المشكلة أننا عندما رأينا ذلك بالتفصيل باستخدام نماذج الحاسوب فلم تفلح

توقفت الموجة الصدمية لم نجعل النجم يتفجّر

لخمسين عامًا لم نكتشف ما ينقصنا

شكّ العلماء بارتباط شيء آخر، شيء يستحيل رصده

أيمكن وجود شبح في آلة المستعر الأعظم؟

عندما تموت نجوم ضخمة كالجوزاء

فإن موتها المتفجّر يرسل موجات صدمية عبر الفضاء لتريليونات الأميال

لكن نشوء تلك الموجات الصدمية أمرُ حيّر العلماء لعقود

عندما عُدنا لحواسيبنا مرارًا بنظرياتنا ونظرنا لآلية عمل المستعر الأعظم

فإنها لم تفلح، لم يكن ليتفجّر النجم

في نماذج الحاسوب، الارتداد من الغاز الساقط واللب المنهار

لا يسعه أن يدفع الموجة الصدمية حتى خارج النجم

هناك شيءٌ هام مفقود

ما احتجناه من داخل لب النجم هو مصدر جديد للطاقة

شيء يقوم بالدفع الأخير حتى يُمزّق النجم نفسه إربًا

اعتقد العلماء أن تلك الطاقة تأتي من جسيم غامض يسمّى النيوترينو

النيترينُوَات نوعٌ من جسيمات فيزيائية أولية لا تزال غامضة علينا

إنها كجسيمات شبحية تعبرنا دون أن تمسّنا مطلقًا

،مثل جسيمات الضوء، الفوتونات لا تحمل النيترينُوَات شحنة كهربية

لكن على نقيض الفوتونات فيمكنها المرور عبر النجوم والكواكب ونحن

من أين تأتي إذًا؟ يعتقد العلماء أن مصدرها النجم ذاته

في منتصف لبّ النجم يتكوّن شيءٌ يُدعى النجم النيتروني

كرة مادية مدهشة بالغة الانضغاط بعرض عشرة أميال فقط

عندما ينهار اللبّ الحديدي للنجم تنسحق الذرات معًا

تُدفع البروتونات والإليكترونات للاندماج لتكوين النيترونات

تحرّر تلك العملية كميات هائلة من النيترينُوَات

رغم كونها من أكثر الجسيمات شيوعًا في الكون