قزم أبيض

السؤال: كم تبلغ كثافة نجم القزم الأبيض مقارنة بالشمس ؟


Hertzsprung–Russell diagram
Spectral type
Brown dwarfs
White dwarfs
Red dwarfs
Subdwarfs
Main sequence
("dwarfs")
Subgiants
Giants
Bright giants
Supergiants
Hypergiants
absolute
magni-
tude
(MV)


القزم الأبيض هو نوع من أنواع النجوم في مجرتنا مجرة درب التبانة، أو الطريق اللبني، وله حجم صغير في حدود حجم الكوكب (ولذلك أطلق عليه اسم قزم مقارنة بأحجام النجوم) ولكن كثافته عالية، تصل إلى مليون مرة قدر كثافة الشمس. وألوانها ما بين اللون الأبيض والأصفر.
والأقزام البيضاء نجوم قليلة اللمعان في السماء وبالرغم من كونها داكنة وصغيرة الحجم كحجم كوكب الزهرة، فهي تحوي كثافة مادية عالية جدا. وهذه المادة في داخل القزم الأبيض مكدسة بشكل مضغوط حيث تكون كثافة السنتيمتر المكعب ما بين طن إلى عشرة أطنان من المادة تقريبا، ويرجع السبب إلى أن نجوم الأقزام البيضاء لا تولد الطاقة النووية، إذ انها تبدأ بنجم متوسط الحجم (كشمسنا) وتنتهي حياته في هيئة القزم الأبيض. يكون النجم قد استنفذ معظم الهيدروجين فيه ويتوقف الاندماج النووي فينكفئ على نفسه وتتكدس كل كتلته في قلبه الذي يصبح شديد الكثافة.
تعتبر الأقزام البيضاء نجوما تحتضر وسطوحها ساخنة بدرجة غير اعتيادية، بسبب انكفائها على نفسها تحت تأثير الجاذبية، وهي تفقد حرارتها رويدا رويدا عن طريق الإشعاع.
خصائصه
الخصائص العامة
يصل قطر النجم القزم الأبيض عدة آلاف الكيلومترات فقط إلى عشرة آلاف كيلومتر، أي أن حجمها يقرب من حجم الأرض. وتبلغ درجة حرارة سطحها في البداية من 10000 إلى 100.000 درجة مما يجعلها تبدوذات ضوء أبيض. ثم يبدء القزم الأبيض يفقد حرارته بسبب قلة التفاعلات الداخلية فيه وقلة وقوده النووي فيبرد ويصبح بعد مليارات السنين قزما أسودا.
تتكون معظم الأقزام البيضاء من عنصري الكربون والأكسجين، التي تكون قد تكونت أثناء الاندماج النووي فيه لأنوية الهيليوم، بعد أن استنفذ وقوده النووي من الهيدروجين
وتبلغ كثافة القزم الأبيض نحو طن /سنتيمتر مكعب، وذلك يرجع لكتلته التي تعادل كتلة الشمس ولكن ضمن حجمه الصغير فقطر القزم الأبيض يتراوح بين 0.008-0.02 قطر الشمس وهذا يقترب من قطر الأرض تقريباً وهذا مايفسر كثافته العالية، وتحت هذا الضغط العظيم يصل فيها الغاز فيه إلى حالة انفطار (فيزياء) كما يسميها العلماء. هذه الحالة تعني انشطار مستويات الطاقة في نظام يتبع ميكانيكا الكم إلى مستويات ثانوية.
القزم الأبيض وميكانيكا الكم

ويتحكم في القزم الأبيض قوى تنبع من مبدأ استبعاد باولي. وطبقاً له فلا يمكن لإلكترونين شغل نفس مستوى الطاقة في بلازما القزم الأبيض. وطبقا لميكانيكا الكم تتوزع مستويات الطاقة الممكنة بحيث تزيد المسافة بينها تزايداً عكسياً مع ضمور حجم النجم.
ونظرا لاشغال مستويات الطاقة في المتسويات التحتية ينشأ عن الضغط الناشئ عن قوي الجاذبية أن تشغل الإلكترونات مستويات الطاقة العليا في البلازما. وينتج عن ذلك ضغطا مضادا يقاوم الضغط الناشئ عن الجاذبية. فإذا كانت كتلة النجم في البدء 1,44 من كتلة الشمس فلا يمكن تعادل تلك القوتان بذلك الشكل.
ومن العجيب ان قطر القزم الأبيض يعتمد على كتلة الإلكترون، أي أن أحد المقاييس الكونية متعلق بأحد المقاييس الذرية أو تحت الذرية مباشرة. كذلك يعتمد التوازن في النجوم النيوترونية على سريان مبدأ استبعاد باولي، والذي فيه تشغل النيوترونات مستويات الطاقة في النجم، بدلا عن الإلكترونات في القزم الأبيض، حيث تمتص البروتونات الإلكترونات وينتج عنها نيوترونات هي بمفردها مكونات النجم النيوتروني. 
القزم الأبيض والنسبية العامة
ونظراً لكثافة الأقزام البيضاء العالية (1 طن/ سنتيمتر مكعب) فيعتبر أحد الكتل الضخمة التي تؤثر في هيئة نسيج الزمكان حولها ويمكن أن تتطبق عليه النظرية النسبية العامة فهو يُبدي ظاهرة انزياح أحمر تجاذبي في مجال جاذبيته، وقد تم رصد ذلك عملياً في خمسينيات القرن العشرين[1].
ويتطلع العلماء بأمل كبير في العثور على نجم مزدوج من الأقزام البيضاء، حيث تنتج عنهما موجات جاذبية لم تشاهد بعد، ولكن يبذل العلماء جهودا لمشاهدتها عملياً. ولهذا قررت إنجلترا وألمانيا على توحيد الجهود والعمل على تنفيذ بناء مرصد بالاقمار الصناعية يسمى ليزا LISA) Laser Interferometer Space Antenna) لتحسس موجات الجاذبية وإثبات تواجدها، حيث تنبأ بها أينشتاين في النظرية النسبية العامة.
المصادر

الكون - تأليف دافيد برجاميني - مكتبة لايف العلمية - بيروت - 1971 م.
اقرأ أيضاً