كوكب وُلد من رماد نجمه

حين ينفد وقود نجم مثل الشمس، ينتفخ ليصبح عملاقًا، وينفث طبقاته الخارجية في الفضاء، ويخلّف وراءه قزمًا أبيض: لبًّا كثيفًا يبرد ببطء. ويُظهر كثير من الأقزام البيضاء في أغلفتها الجوية عناصر ثقيلة كان ينبغي أن تغوص وتختفي عن الأنظار في غضون أيام. والتفسير اليوم راسخ: إنها تبتلع حطام أجرام كوكبية محطمة. ويتفاوت هذا الحطام، لكنه في مجمله يشبه صخور نظامنا الشمسي.

تتشكل الكواكب عادةً في الوقت نفسه الذي يتشكل فيه نجمها، في قرص الغاز والغبار المحيط به. وهذه كواكب الجيل الأول. ومن حيث المبدأ، يمكن لكوكب أن يتشكل أيضًا بعد موت نجمه، من المادة التي قذفها النجم. ويُعتقد عمومًا أن الكواكب التي تدور حول النجوم النابضة تنتمي إلى هذا الجيل الثاني. ولم يُحدَّد أي كوكب منها حول قزم أبيض من قبل.

مئة خط بلا تفسير

HS 0209+0832 قزم أبيض حار وفتيّ، تبلغ حرارة سطحه نحو 35800 درجة، ولم يمضِ على بدء تبرّده سوى نحو 5 ملايين سنة، ويبعد عنا قرابة 82.6 فرسخًا فلكيًا. وقد ظل غريبًا منذ زمن طويل. فغلافه الجوي الهيدروجيني يحتوي على نحو 1% من الهيليوم، الذي ينبغي عند هذه الحرارة أن يغوص في غضون أشهر. كما أظهر طيف بالأشعة فوق البنفسجية التقطه تلسكوب هابل الفضائي عام 1999 الكربونَ والألومنيوم والسيليكون والكالسيوم والتيتانيوم والنيكل والزنك — إضافة إلى نحو مئة خط لم يستطع أحد تحديدها.

أعاد جيمي ويليامز وبوريس غينسيكه وزملاؤهما من جامعة وارويك وثماني مؤسسات أخرى تحليل تلك الأطياف المؤرشفة من هابل، ومن القمر الصناعي FUSE للأشعة فوق البنفسجية، ومن التلسكوب الكبير جدًا. وباستخدام بيانات ذرية محدّثة، تبيّن أن معظم الخطوط الغامضة تعود إلى النحاس والنيوبيوم — 62 خطًا للنيوبيوم وحده. ولا يُظهر أيٌّ من 33 قزمًا أبيض حارًّا ملوَّثًا آخر رصدها FUSE أي أثر للنيوبيوم.

غني بالمعادن النادرة، فقير بالصخر

ثم حسب الفريق ما الذي يسقط على النجم. فبعض العناصر يسندها ضوء النجم نفسه جزئيًا، ما يعقّد الحساب، لذا ركّزوا على العناصر التي لا تتأثر بذلك. والنتيجة لا تطابق أي قزم أبيض معروف ولا أي نيزك:

العناصر الأثقل من الحديد — الزنك والنحاس والنيوبيوم — مُخصَّبة بشدة. ونسبةً إلى الكالسيوم، النيوبيوم أوفر بأكثر من ألف مرة مما في الشمس.
لم يُرصد الحديد، ولا يظهر السيليكون إلا بآثار ضئيلة، في حين يشكّل الاثنان معًا نحو 48% من كتلة الأرض. وهناك من النيكل أكثر من ضعف ما هناك من الحديد، بينما لا يتجاوز النيكل في الأرض نحو 5% من الحديد.
النيتروجين والأكسجين والفوسفور والكبريت شحيحة: هذا ليس مذنّبًا جليديًا.

بصمة نجم يحتضر

تصنع النجوم العملاقة القريبة من نهاية حياتها معظم عناصر الكون المبنية عبر الأسر البطيء للنيوترونات، أي “العملية s” — ومن بينها النيوبيوم. وباستخدام 138 نموذجًا لهذه النجوم، يبيّن المؤلفون أن رياحها يمكن أن تُخصَّب بالنيوبيوم والسترونتيوم حتى مئة ضعف، وبالنيكل والنحاس والزنك بدرجة معتدلة، ولا تُخصَّب بالحديد أو السيليكون إطلاقًا.

وسيناريوهم: ابتُلع رفيق قريب للنجم الأصلي خلال طوره العملاق. فقُذف غلاف النجم وشكّل قرصًا غنيًا بعناصر العملية s، نما فيه بعد ذلك كوكب عملاق قريبًا من القزم الأبيض الوليد. أما في كوكب عادي، فلا توجد أي عملية معروفة يمكنها إنتاج هذا القدر من النيوبيوم: فمن بين 100 نجم قيس فيها النيوبيوم، تقل أعلى نسبة له إلى الكالسيوم بأكثر من 200 مرة عما هي هنا.

كوكب ضُبط وهو يتبخر

ويصل الهيليوم أيضًا، والأجرام الصخرية لا تمدّ بالهيليوم. ويستنتج المؤلفون أن القزم الأبيض يتغذى على الأرجح على الغلاف الجوي المتسرب من كوكب عملاق يسخّنه ضوؤه فوق البنفسجي الشديد.

وتضيف بيانات القمر الصناعي TESS التابع لناسا دليلًا: يتغير سطوع النظام بنسبة 0.12% بدورة مدتها 4.4 يوم، وهي أبطأ بكثير من دوران الأقزام البيضاء المعتاد. وهذا يتوافق مع كوكب يدور على بعد 0.044 وحدة فلكية. ويُقترح تفسيران: دورة الليل والنهار لكوكب عملاق فتيّ لا يزال حارًّا ذي جانب نهاري ضبابي، أو ذيل شبيه بذيل المذنّب من الغاز المتبخر يمر أمام النجم — وهو ما قد يفسّر أيضًا سبب تغيّر الهيليوم المقيس.

ما لا يتّسق بعد

ينبّه المؤلفون إلى عدة ألغاز. السترونتيوم مفقود: فكل نموذج يتنبأ بسترونتيوم أكثر من النيوبيوم، ومع ذلك فالسترونتيوم هنا أندر بأكثر من مئة مرة. بل إن النيوبيوم يتجاوز أعلى قيمة في نماذجهم، ويصعب تفسير فائض النيكل على الحديد. كما تُظهر بعض النجوم المخصَّبة بمادة النجوم العملاقة نيوبيومًا أكثر من السترونتيوم، ما يلمّح إلى عملية تغفلها النماذج؛ وقد تعيد الكيمياء في الغلاف الجوي للكوكب أيضًا توزيع العناصر. ولم يضع أحد بعد نموذجًا للغلاف الجوي لكوكب من الجيل الثاني.

ولا يزال الجرم مرشحًا. وللعثور على أمثاله، يقترح الفريق البحث في أطياف الأقزام البيضاء الحارة بالأشعة فوق البنفسجية عن البصمة نفسها: الكثير من الكربون وعناصر العملية s. ومن شأن رصد الرصاص أن يحدد بدقة تركيب النجم الأصلي.