ما هي الأقزام البنية؟

كرات ملونة بأحجام مختلفة مع تعليقات توضيحية نصية على خلفية سوداء.

جودةكتلةهو ما يفصل الكواكب عن الأقزام البنية عن النجوم. فيما يلي مقارنة عامة لجماهير كل منها. الصورة عبر وكالة ناسا /معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا/ R.Hurt (IPAC).

إن مقدار الكتلة التي يولد بها النجم هو ما يحدد مصيره. النجوم هي أجسام ولدت بكتل كبيرة - ووبالتاليجاذبية ذاتية قوية - بحيث ينضغط النجم على نفسه ، مما يخلق درجات حرارة داخلية عالية. شرارة ارتفاع درجات الحرارةتفاعلات الاندماج النووي الحراري، والتي تمكن النجوم من التألق. من ناحية أخرى ، تمتلك الكواكب كتلًا أصغر بكثير وبالتالي تكون جاذبيتها أضعف ولا يوجد اندماج داخلي ؛ يلمعون بشكل رئيسي مع الضوء المنعكس من نجومهم. تقع الأقزام البنية في مكان ما بين كتل الكواكب العملاقة مثل زحل والمشتري ، وبين أصغر النجوم.

يمكننا التحدث عن كتل القزم البني كأجزاء من كتلة شمسنا ، لكن علماء الفلك يستخدمون عادةً كتلة كوكب المشتري كمقياس قياسي. تعتبر قيمة 13 من كتلة المشتري هي الحد الأعلى للكواكب الغازية العملاقة. إذا كانت كتلة كوكب الغاز أكبر من كتلة كوكب المشتري 13 ، فإن حرق (اندماج) حراري نوويالديوتيريوم- عنصر نادر من بقايا الانفجار العظيم - يمكن أن يحدث في داخل الجسم. الديوتيريوم هو اسم آخر لـ 'الهيدروجين الثقيل' ، وهو الهيدروجين مع أنيوترونتعلق بالبروتون في نواة الذرة (وليس فقطبروتونوحده). قيمة أكبر من 80 من كتلة المشتري هي الحد الأدنى للحرق الطبيعيهيدروجين- العملية التي يمكن من خلالها للنجوم أن تتألق - وبالتالي لتمكين كائن ما من التأهل كنجم كامل.

وهكذا يُعرَّف القزم البني عادةً بأنه أي جسم يقع في نطاق كتلة 13 و 80 من كتلة المشتري.

لكن هناك الكثير لهذه القصة ...

الفضاء المرصع بالنجوم ، مع العديد من الكائنات محاطة بدائرة وإدخالات تظهر مناظر مفخخة بجانبها.

عرض أكبر. | الأقزام البنية هي جزء من مجموعة الكائنات الموجودة في الفضاء الخارجي. تُظهر هذه الصورة الجزء المركزي من Orion Nebula ، وهي منطقة قريبة نسبيًا لتشكيل النجوم في مجرتنا درب التبانة. تُظهر الصورة مساحة تبلغ 4 × 3 تقريبًاسنوات ضوئية. يحدد كل رمز زوجًا من الكائنات ، يُنظر إليه على أنه نقطة واحدة من الضوء في مركز الرمز. تمثل الدائرة الداخلية السميكة الجسم الأساسي ، وتشير الدائرة الخارجية الرفيعة إلى الرفيق. يشير اللون الأحمر إلى كوكب. البرتقالي قزم بني. ونجمة صفراء. بجوار كل رمز زوج من صور هابل. الصورة على اليسار هي الصورة الأصلية للكائن الأساسي (النجمة) ومرافقتها. تُظهر الصورة الموجودة على اليمين الرفيق فقط ، مع طرح الكائن الأساسي رقميًا من خلال تقنية معالجة صور خاصة تفصل صور الكائنات إلى أزواج ثنائية. صورة عبرهابل سايت.

ما هو النجم؟



النجم عبارة عن مجموعة كبيرة من الغبار والغاز تكثفت من سحابة بدائية تعرضت للاضطراب بطريقة ما.آليات مختلفةيمكن أن يسبب الاضطراب. على سبيل المثال ، قد تزعج موجة الصدمة من مستعر أعظم بعيد - نجم متفجر - سحابة بدائية في الفضاء ، بعد قرون أو آلاف السنين والعديد منسنوات ضوئيةبعيدا. تفقد السحابة انتظامها ، وتبدأ المناطق ذات الكثافة الأعلى قليلاً (وبالتالي المزيد من الجاذبية) في جذب الجزيئات الأخف.

مع استمرار تكتل المادة بشكل أكثر إحكامًا وإحكامًا بسبب جاذبيتها المتزايدة الآن ، فإنها تصبح أكثر سخونة وسخونة ، تمامًا مثل ارتفاع درجة حرارة إطار الدراجة عند لمسه عند نفخه وبالتالي ضغط جزيئات الهواء بداخله. في النهاية تصل المسألة إلى كتلة حرجة ؛ يبدأ النجمفتيل الديوتيريوممع الهيدروجين العادي ، مما يجعلالهليوم 3الجزيئات. يحدث هذا عند درجة حرارة منخفضة (أقل بقليل من 1،000،000 درجة كلفن أو 1،800،000 فهرنهايت).

عند النقطة التي يبدأ فيها الاندماج ، يمكننا وصف النجم بشكل مختلف. أصبح النجم الآن جسمًا في حالة توازن مثالي (وإن كان مؤقتًا) بين قوة الدفع إلى الخارج الناتجة عن تفاعلات الاندماج في قلبه ، وقوة الدفع نحو الداخل من جاذبيته الذاتية. تريد الجاذبية أن تسحق نجمًا أكثر ، لكن الاندماج يمنع ذلك من الحدوث. يريد الانصهار توسيع النجم ، لكن الجاذبية لن تسمح بذلك. والنتيجة توازن دقيق: نجم.

إذا لم يحدث اندماج الديوتيريوم ، فسيكون هناك عدد قليل جدًا من النجوم في الكون بأكثر من ثلاثة أضعاف كتلة شمسنا. ذلك لأنه - إذا بدأ اندماج الهيدروجين بمجرد ارتفاع الكتلة ودرجة الحرارة بدرجة كافية - فلن يكون للنجم بعد ما يكفي من الكتلة لجاذبيته الذاتية لمقاومة ضغط الدفع الخارجي لتفاعلات اندماج الهيدروجين. سيتوسع النجم ، وسيؤدي هذا التمدد إلى انخفاض درجة حرارته الداخلية ، وبالتالي إبطاء وإنهاء تفاعلات اندماج الهيدروجين التي تتطلبها النجوم حتى تتألق.

يحافظ اندماج الديوتيريوم على النجم باردًا بدرجة كافية لإتاحة الوقت للنجم لتجميع كتلة كافية بحيث أنه عندما يبدأ اندماج الهيدروجين فعليًا (حوالي 13.000.000 درجة كلفن أو 23.000.000 فهرنهايت) ، يمكن أن يستمر. بحلول ذلك الوقت ، يكون النجم كثيفًا بدرجة كافية ليكون لديه ما يكفي من الجاذبية الذاتية لمقاومة التمدد ، بحيث تظل درجات الحرارة مرتفعة في باطنه.

اقرأ المزيد: ما الذي يجعل النجوم تتألق؟

في معظم الحالات ، يترك لك تخصص واحدالتراكمالتي تشكل نجمًا يعمل على اندماج الهيدروجين. من الممكن أيضًا أن تتشكل عدة نجوم في السحب الكثيفة. وبالتالي لدينا أنظمة نجمتين (تسمى أالثنائيةالنظام) والنجوم الثلاثية (ثلاثي) والنجوم الرباعية (رباعي).

في الواقع ، هناك أمثلة على أنظمة معقدة للغاية ذات خمسة ، وستة ، وسبعة نجوم ، تسمى خماسية (خماسي) ، سداسية (سنسناري) و septuple (سبعين) ، على التوالي (انقر فوق كل رقم للحصول على أمثلة). يمكن أن تقع هذه في مدارات حول بعضها البعض (على الرغم من كونها معقدة للغاية) يمكن أن تظل مستقرة بما يكفي للسماح بتكوين الكواكب.

5 كرات أرضية مختلفة الألوان ، واحدة ضخمة مكتوب عليها الشمس ، وثلاث كرات أصغر بكثير ، وواحدة صغيرة مكتوب عليها الأرض.

مقارنة الحجم العام بين نجم منخفض الكتلة وقزم بني وكوكب المشتري. على الرغم من أن حجم الأقزام البنية أكبر بما يصل إلى 80 مرة من كوكب المشتري ، إلا أن حجمها سيكون أكبر بحوالي 10-15٪ فقط. الصورة عبر ويكيميديا ​​كومنز.

ما هو الكوكب؟

بعد تكوين النجوم وبداية اندماج الهيدروجين ، تفرخ الرياح الشمسية وتكتسح الغاز المتبقي خارج النظام. سيكون هناك عدة تراكمات طفيفة ضخمة جدًا بحيث لا يمكن دفعها بعيدًا عن طريق الضغط الخارجي للرياح الشمسية. هم ، في الواقع ، سوف يسقطون إلى الداخل ، نحو النجم.

منذ كل شيء في الكونالزخم الزاوي- بعبارة أخرى ، نظرًا لأن السحابة تدور أو تدور - فإن الجسيمات الموجودة في السحابة الأولية التي تتجمع لتكوين النجم ستميل إلى السقوط نحو النجم في مسار حلزوني طويل. هذا يزيد من وقت سقوطهم وبالتاليسرعة الزاويوهذا هو السبب في أن الكواكب ينتهي بها الأمر بالدوران (الدوران) والدوران حول نجومها عمومًا في نفس الاتجاه.

بسبب الاصطدامات والجاذبية المتبادلة التي تغير مدارات التشكيل الجديدالكواكب الأولية، سيصل الكثيرون إلى نقطة توازن ويستقرون في مدار مستقر. ستصبح هذه في النهاية كواكب حقيقية - إما عوالم صخرية مثل الأرض أو المريخ ، أو عمالقة الغاز مثل المشتري أو زحل - بواسطةتراكمالبقايا الصغيرة المتبقية من السحابة البدائية الأصلية عبر جاذبيتها.

كواكب مختلفة الأحجام والألوان على خلفية سوداء مع كون الأرض أصغر بكثير من الكواكب الأخرى.

الكواكب هي أجسام ذات كتلة أقل بكثير من النجوم. هذا هو مفهوم الفنان ، ويظهر مقارنة 3الكواكب الخارجيةفي نظام Kepler-51 مع بعض الكواكب في نظامنا الشمسي. الصورة عبر NASA / ESA / STScI / CU Boulder اليوم.

ما هو الفرق بين النجوم والكواكب؟

تتكون النجوم من انهيار الغاز والغبار في سحابة بدائية. وبالتالي ، فإن لديهم كمية منخفضة نسبيًا مما يسميه علماء الفلكالمعادن(لعلماء الفلك ،المعدنيةيشير إلى أي عنصر أثقل من الهيدروجين والهيليوم).

يجمع النجم غالبية المواد الغازية في السحابة البدائية وتتشكل كواكبها عن طريق تراكم بقايا الطعام. تتكون الكواكب من كتلة أقل بكثير من النجوم ، وبالتالي تكون جاذبيتها أضعف بكثير. العناصر الأخف مثل الهيدروجين والهيليوم - شائعة جدًا في النجوم - تميل إلى الهروب من قوة الجاذبية الأضعف للكوكب. وهكذا - بالنسبة للنجوم - الكواكب عاليةفلزالمحتوى. تدور الكواكب عادة حول النجوم. بواسطةأحدث تعريف لعلماء الفلكمن كلمة كوكب ، هممسح مداراتهم الخاصةمن الحطام.

كرة أرضية ضاربة إلى الحمرة مع شريط مظلم عريض ، ونجوم في الخلفية.

بالطبع ، لا نعرف حقًا كيف تبدو الأقزام البنية. إنهم بعيدون ، ولم نر واحدًا عن قرب من قبل. ولكن هنا مفهوم فنان عن القزم البني يسمىلومان 16 أ، استنادًا إلى الأدلة الحديثة على وجود نطاقات شبيهة بالمشتري على سطحه. صورة عبرمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا/ R.Hurt (IPAC).

أين يترك ذلك الأقزام البنية؟

تتراكم الأقزام البنية المواد مثل النجوم ، وليس مثل الكوكب. تتكثف من سحابة غازية - وهي أعلى في الكتلة من الكواكب وبالتالي تتمتع بجاذبية أقوى - وبالتالي فهي تحتفظ بعناصرها الأخف (الهيدروجين والهيليوم) بشكل أكثر فاعلية من الكواكب وبالتالي فهي تحتوي على نسبة معدنية منخفضة نسبيًا. الميزة الوحيدة التي فشلوا فيها هي أنهم لم يجمعوا ما يكفي من المواد لبدء الاندماج النجمي الطبيعي. على الرغم من أنها يمكن أن تحافظ على اندماج الديوتيريوم حتى يختفي الديوتيريوم ، وهو أمر ضروري في الواقع لتكوين نجمي بكتل أكبر ، كما أوضحنا سابقًا.

الأقزام البنيةتم العثور علىيدور حول شموس أخرى على مسافات 1000 وحدة فلكية (إلى) او اكثر. واحد AU = مسافة واحدة بين الأرض والشمس. ومع ذلك ، لا تدور جميع الأقزام البنية بعيدًا عن نجومها ؛ تم العثور على بعضها يدور حول مسافات أقرب ، والبعض الآخرالأقزام البنية المارقةتم رصدها وهي لا تدور حول أي نجم ، على الرغم من صعوبة العثور عليها بالطبع!

على سبيل المقارنة ، من بين الكواكب المعروفة في نظامنا الشمسي ، نبتون هو الكوكب الرئيسي الذي يدور في أبعد مسافة عن شمسنا عند 30 وحدة فلكية.

لذا فإن الأقزام البنية ليست كواكب ، وهي نجوم فاشلة ، وليست ضخمة بما يكفي لتوليد تفاعلات اندماج الهيدروجين. وهكذا يحصلون على تصنيفهم الخاص.

لماذا البني؟

ما نسميه الآنالأقزام البنيةاقترح عالم الفلك وجودها لأول مرة في الستينياتشيف س كومار، الذي أطلق على هذه الأشياء في الأصل اسم الأقزام السوداء. لقد صورهم على أنهم أجسام شبه نجمية مظلمة تطفو بحرية في الفضاء لم تكن ضخمة بما يكفي للحفاظ على اندماج الهيدروجين. الاسمقزم بنيصاغ الاسم لاحقًا عالم الفلك وباحث SETIجيل تارترفي الدكتوراه. أطروحة. كانت تتطلع إلى تحديد حد أعلى للكتلة القصوى التي يمكن أن يمتلكها جسم ما قبل البدء في اندماج الهيدروجين ، وبالتالي يصبح نجمًا كاملاً.

من الواضح أن النجوم ليست 'بنية اللون' والعديد من هذه الأجسام تقع في نطاق درجة حرارة من 300 إلى 500 كلفن (80 إلى 440 فهرنهايت ، أو درجة حرارة الجسم للإنسان وما فوق) ، لذا فهي تشع فقط فيالأشعة تحت الحمراءجزء منالمجال الكهرومغناطيسي. حيثقزم أسودتم اعتباره بالفعل بمثابة وصف للأشياء في نقطة النهاية في التطور النجمي (باردالأقزام البيضاء) - والقزم الأحمركان له أيضًا دور يجب أن يؤديه ، كاسم للنجوم الصغيرة والرائعة -بنىيجب أن يبدو حل وسط مناسب.

منظر إيدجويز لمجرة درب التبانة الصيفية كشريط عمودي شاحب غامض ، في ليلة مظلمة ، مع نجوم متناثرة.

عرض في صور مجتمع ForVM. | التقط نيسان غيرتز هذه الصورة في رامون كريتر ، إسرائيل ، في 16 أغسطس ، 2020. شكرًا لك ، نيسان.

خلاصة القول: الأقزام البنية هي أجسام ذات كتلة تتراوح بين أثقل الكواكب الغازية والأخف وزناً ، مما يجعلها متميزة بما يكفي للتأهل لتصنيفها الخاص. لذلك يتم تعريفهم عادةً على أنهم جسم يقع في نطاق أكبر من 13 وأقل من 80 من كوكب المشتري. يمكن العثور عليها تدور حول النجوم أو الأقزام البنية الأخرى ، أو تتجول في المجرة بمفردها.