قزم أبيض بحلقتين من الغاز

كثير من الأنظمة الكوكبية تعيش أطول من نجمها. فحين يصبح النجم قزمًا أبيض — أي البقية الكثيفة التي يخلّفها — يمكن أن تتشكّل حوله أقراص من الغبار، ويترك الحطام الكوكبي المتساقط عليه آثارًا كيميائية في غلافه الجوي. وبعض هذه الأقراص يحوي غازًا أيضًا. ويتوهّج هذا الغاز عند أطوال موجية دقيقة، وغالبًا في ثلاثية من خطوط الكالسيوم تحت الحمراء. وفي الأقراص الغازية الـ21 المعروفة حتى الآن، لكل خط الشكل نفسه: قمّتان.

لماذا ترسم حلقة دوّارة قمّتين

القرص الغازي حين يُرى بزاوية، يقترب أحد جانبيه منّا ويبتعد الآخر. ويُزيح تأثير دوبلر ضوءَ الجانب المقترب نحو أطوال موجية أقصر قليلًا، وضوءَ الجانب المبتعد نحو أطوال أطول. فينقسم كل خط إلى قمّتين، تتباعدان أكثر كلما دار الغاز أسرع، والغاز الأقرب إلى النجم يدور أسرع، كما تقتضي قوانين كبلر.

القرص الثاني والعشرون

لاحظ Nicola Pietro Gentile Fusillo، من جامعة تريستي ومرصد تريستي الفلكي التابع للمعهد الوطني الإيطالي للفيزياء الفلكية (INAF)، وزملاء من وارويك وفالبارايسو ولندن وكيل، أن القزم الأبيض WD J1328−1450 يُصدر ضوءًا تحت أحمر أكثر مما ينبغي لنجم عارٍ: وهي علامة على غبار دافئ. فرصدوه بمطياف X-shooter على التلسكوب الكبير جدًا التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي، في عام 2021 ثم مجددًا في عام 2023.

تبلغ كتلة النجم 0.47 من كتلة الشمس، محشورة في كرة نصف قطرها 1.5% من نصف قطر الشمس. ويدلّ الكالسيوم والمغنيسيوم والسيليكون في غلافه الجوي على أنه يبتلع مادة كوكبية. لكن خطوط الكالسيوم والأكسجين فيه لها أربع قمم بدلًا من اثنتين.

خطوط الكالسيوم الثلاثة لـWD J1328−1450 (a)، لكل منها أربع قمم، مقابل الخطوط المعتادة ذات القمّتين لـSDSS J1228+1040، القرص الغازي النموذجي (b). — الشكل 1، Gentile Fusillo وآخرون (2026)، arXiv:2610.37773.

حلقتان وفجوة

أعاد الفريق إنتاج الخطوط بحلقتين مسطّحتين من الغاز، إحداهما داخل الأخرى. وبقياسها بأنصاف الأقطار الشمسية — أي بنصف قطر الشمس — تمتدّ الحلقة الداخلية من 0.14 إلى 0.34، والخارجية من 0.54 إلى 1.93، وبينهما فجوة خالية. وحتى الحافة الداخلية تقع على بُعد نحو تسعة أضعاف نصف قطر النجم نفسه.

تفصل بين قمّتي الحلقة الداخلية نحو 1,024 كيلومترًا في الثانية، وبين قمّتي الخارجية نحو 420: فالغاز الداخلي يدور أسرع. وعلى مدى نحو عامين، بالكاد تغيّرت أشكال الخطوط: فالحلقتان مستقرّتان.

غاز الكالسيوم المتوهّج مرئيًا من الأعلى، وفق المقياس: الحلقة الداخلية A، والحلقة الخارجية B، والفجوة. والشريط في أعلى اليسار يساوي نصف قطر شمسي واحدًا؛ والأحمر الأعمق يعني غازًا أسطع. — الشكل 3، Gentile Fusillo وآخرون (2026)، arXiv:2610.37773.

المغنيسيوم في الداخل فقط

لأحد خطوط المغنيسيوم قمّتان فقط: فهو يأتي من الحلقة الداخلية وحدها. ولو احتوت الحلقة الخارجية على قدر من المغنيسيوم، نسبةً إلى الكالسيوم، مماثل لما في الداخلية، لبرزت قمّتاها بأكثر من ستة أضعاف مستوى الضجيج. لكنهما غائبتان. ونسبة المغنيسيوم إلى الكالسيوم بصمة للمادة: نحو 5 إلى 15 في الكوندريتات، وهي عائلة من النيازك الحجرية، ونحو 8 في وشاح الأرض، ونحو 1.6 في قشرتها. والحلقتان على الأرجح من جسمين أمّين مختلفين، أو من طبقتين مختلفتين لجسم واحد كان قد انفصل إلى وشاح غنيّ بالمغنيسيوم وقشرة فقيرة به.

لا بدّ أن شيئًا يغذّي كل حلقة

ينتشر الغاز في مثل هذا القرص، لكنه حين ينجرف نحو الخارج ويبرد إلى ما دون نحو 1,200–1,500 كلفن، يتكثّف مجددًا في حبيبات: فتبقى كل حلقة قرب المكان الذي يُصنع فيه غازها. فما الذي يصنع الغاز في مكانين منفصلين؟ إن الغبار المتبخّر عند الحافة الداخلية للقرص لا يمكنه أن يترك فجوة؛ والتصادمات التي تطحن الغبار ستحتاج إلى مكبح مجهول لا يعمل إلا داخل الفجوة.

قزمان أبيضان متقاربان إلى حدّ يتعذّر معه التمييز بينهما؟ يرى Gaia نجمًا واحدًا، ولا يملك قرصًا غازيًا سوى 0.067% من الأقزام البيضاء: فوجود اثنين معًا احتمال بعيد جدًا. كوكب واحد ينظّف الفجوة؟ حتى أكبر جسم حديدي يمكنه النجاة قرب الفجوة، بقطر 440 كيلومترًا، ستكون جاذبيته أضعف بكثير من أن تمسك بالغاز الحارّ، كما يحسب المؤلفون، ولن يفسّر كيف يُصنع الغاز في الحلقتين على جانبيه.

ويلجأ المؤلفون بدلًا من ذلك إلى SDSS J1228+1040، حيث لا يمكن تفسير إشارة تتكرّر كل ساعتين تقريبًا إلا بجسم صلب كثيف داخل القرص، يصنع الغاز أثناء تفاعله مع الغبار. واقتراحهم: كويكب أوّلي (planetesimal) من هذا النوع — جسم صلب صغير من النوع الذي تُبنى منه الكواكب — في كل حلقة.

ما الحجم الذي قد يبلغه ناجٍ؟

على هذا القرب من النجم، تجذب الجاذبية الوجهَ القريب للجسم بقوة أكبر من وجهه البعيد، ويمكنها أن تمزّقه. والجسم الخالي من أي متانة داخلية سيحتاج إلى كثافة أعلى من كثافة أي مادة معروفة: 3,600 غرام لكل سنتيمتر مكعب على الأقل عند الحافة الداخلية للحلقة الداخلية. فلا بدّ أن الناجيين يملكان متانة داخلية. وبكثافة الحديد ومتانة الأجسام الصخرية في المجموعة الشمسية، لا يمكن أن يتجاوز قطر الداخلي 45 كيلومترًا عند الحافة الداخلية لحلقته و172 عند حافتها الخارجية، أي كويكبًا نموذجيًا. وقد يبلغ الخارجي 346 كيلومترًا عند الحافة الداخلية لحلقته و2,340 عند حافتها الخارجية، وجسم صخري نحو 3,500 كيلومتر عند الحافة الخارجية: من حجم سيريس إلى حجم بلوتو، بل حتى القمر.

ظلّ قد يحاكي الفجوة

يبقى بديل واحد مفتوحًا: قرص واحد تُلقي حافته الداخلية المنتفخة ظلًّا على المنطقة الواقعة بين 0.34 و0.54 نصف قطر شمسي. وسيفسّر ذلك أيضًا لماذا تخفت الحلقة الداخلية نحو الخارج بينما تسطع الخارجية. لكن لا قزم أبيض آخر، ولا أي نجم فتيّ ذو قرص غازي، يُظهر أربع قمم — ولا حتى WD J0846+5703، الذي يفوق سطوع قرصه الغباري، نسبةً إلى نجمه، الضعف. ولا يجد المؤلفون أي دليل مباشر على مثل هذا الظل، ولا أي سبب لظهوره هنا وحده.

وتتطابق عدة أشكال للقرص مع الغبار بالقدر نفسه من الجودة. كما أن معدّل تغذية النجم، الذي لا يتميّز بشيء، يترك مجالًا لقرص فتيّ، ربما لم يُغذَّ إلا منذ 300,000 إلى 600,000 سنة، في مرحلة مبكرة فوضوية.

حلقات عند طرفي حياة الكواكب

الحلقات التي تفصل بينها فجوات منظر مألوف في الأقراص الكوكبية الأولية، حيث تولد الكواكب حول النجوم الفتيّة. والمقياس والنجم المركزي لا يكادان يكونان أكثر اختلافًا. ومع ذلك، يكتب المؤلفون، فإن WD J1328−1450 يوحي بأن عمليات متشابهة قد تشكّل الأنظمة الكوكبية عند ولادتها وفي نهايتها الأخيرة على حدّ سواء.