كشفت عمليات رصد النواة النجمية الأولية L1544 عن فرق طفيف في سرعات الأيونات والجزيئات المتعادلة. ويفسر الباحثون هذا على أنه أول مؤشر على الانتشار ثنائي القطب، وهي عملية تبدأ فيها المادة المتعادلة بالتحرر من قبضة المجال المغناطيسي وتنهار تحت تأثير الجاذبية.
قبل أن يتشكل نجم شبيه بالشمس، عليه أن يتغلب على أحد أهم العوائق داخل السحابة التي يتكون منها: المجال المغناطيسي. تتماسك سحب الغاز والغبار بين النجوم بفعل الجاذبية، لكن المجالات المغناطيسية التي تخترقها قادرة على مقاومة الانهيار وتأخيره.
أعلن فريق من الباحثين من جامعة كيوشو في اليابان ومعهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية خارج الأرض في ألمانيا عن رصد عملية قد تُطلق هذا العائق. وقد قاس الباحثون فرقًا طفيفًا ولكنه ثابت بين سرعة الجزيئات المشحونة كهربائيًا وسرعة الجزيئات المتعادلة في النواة النجمية الأولية. L1544ويفسرون هذا الاختلاف على أنه بصمة لـ الانتشار ثنائي القطب – وهي عملية تم التنبؤ بها نظرياً لسنوات، ولكن كان من الصعب جداً رصدها مباشرة في مرحلة ما قبل ولادة النجم. ([arXiv][1])
ونشرت الدراسة في المجلة علم الفلك والفيزياء الفلكيةووفقًا للباحثين، هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها رصد ذلك فيالنواة النجمية الأولية علامة على بداية الانهيار الجاذبي الناجم عن انفصال حركة الأيونات والجسيمات المتعادلة. ([arXiv][1])
قلب لا يزال خالياً من النجوم
يقع L1544 في سحابة الثور الجزيئية، وهي إحدى مناطق تكوّن النجوم القريبة نسبيًا من الأرض. ويُعرَّف بأنه نواة نجمية أولية: تركيز بارد وكثيف من الغاز والغبار انكمش بشكل كبير، لكنه لم يُشكِّل بعد نجمًا أوليًا في مركزه يُصدر طاقته الخاصة. ([kyushu-u.ac.jp][2])
تُعدّ هذه النوى مختبرات طبيعية لدراسة المراحل الأولى لتكوّن النجوم. كما تسمح درجات الحرارة المنخفضة بتطور تفاعلات كيميائية معقدة، بما في ذلك تكوين جزيئات قد تكون بمثابة طليعة للمركبات العضوية ما قبل البيولوجية. ([kyushu-u.ac.jp][2])
في السحابة الجزيئية، تكون معظم المادة متعادلة كهربائياً، لكن جزءاً صغيراً منها يتأين بفعل الأشعة الكونية وعمليات أخرى. ترتبط الأيونات المشحونة بقوة بخطوط المجال المغناطيسي. أما الجزيئات المتعادلة فلا ترتبط به مباشرة، ولكن نظراً لاصطدامها المتكرر بالأيونات، فإنها تُسحب أيضاً مع المجال.
مع ازدياد كثافة النواة، تصبح أكثر حماية من الإشعاع، ويقل معدل التأين. ويقل عدد التصادمات التي تربط الأيونات بالمادة المتعادلة، فتبدأ الجزيئات المتعادلة بالانزلاق نحو الداخل تحت تأثير الجاذبية، بينما تبقى الأيونات أكثر ارتباطًا بالمجال المغناطيسي. يُطلق على هذا الانفصال في الحركة اسم الانتشار ثنائي القطب.
جزيئان يعملان كمؤشرين للسرعة
للكشف عن هذه العملية، احتاج الباحثون إلى مؤشرين جزيئيين: أحدهما مشحون والآخر متعادل. وكان لا بد من وجود كليهما في نفس المنطقة الكثيفة من النواة، حتى لا يكون اختلاف سرعاتهما ناتجًا عن قياسهما لطبقات مختلفة من السحابة.
تُعدّ المهمة معقدة لأن العديد من الجزيئات الشائعة في النوى الباردة تتجمد وتلتصق بحبيبات الغبار. ونتيجة لذلك، تختفي هذه الجزيئات تقريبًا تمامًا من الغاز ولا يمكن استخدامها للتتبع بواسطة التلسكوبات الراديوية.
اختار الباحثون أيون N₂D⁺، المعروف باسم الديازينيلوم المُدَوتَر، وبارا-NH₂D، وهو شكل متعادل من الأمونيا استُبدلت فيه إحدى ذرات الهيدروجين بالديوتيريوم. تتشكل كلتا الجزيئتين في الغاز الكثيف، ويُعتقد أنهما مناسبتان لاستكشاف مناطق داخلية مماثلة من النواة. ([arXiv][1])
رصد الفريق النجم L1544 باستخدام تلسكوب IRAM الراديوي ذي قطر 30 مترًا في إسبانيا. وقاس الباحثون خطوط الانبعاث الطيفي للجزيئين، ورسموا خرائط لسرعة مركز الخط وعرضه. ويُمكّن انزياح طفيف في تردد الخط، ناتج عن تأثير دوبلر، من حساب ما إذا كان الغاز يتحرك باتجاه الأرض أو بعيدًا عنها، ومكان تدفقه داخل النواة. ([kyushu-u.ac.jp][2])
فرق قدره 50 متراً في الثانية
كشفت القياسات عن فرق متوسط في السرعة يبلغ حوالي 0.05 كيلومتر في الثانية - أي حوالي 50 مترًا في الثانية - بين الجزيئات المتعادلة والأيونات. تحركت الجزيئات المتعادلة نحو الداخل بسرعة أكبر، وهو ما يتوافق مع سيناريو تبدأ فيه بالانفصال عن المجال المغناطيسي والسقوط نحو مركز النواة تحت تأثير الجاذبية. ([arXiv][1])
هذا فرق صغير مقارنة بالسرعات المعروفة من العديد من الظواهر الفلكية، ولكنه ذو أهمية في البيئة الباردة والهادئة نسبياً لـ L1544، حيث تكون حركات الانهيار دون سرعة الصوت.
لم يجد الباحثون فرقًا يُعتدّ به في عرض خطوط الانبعاث للجزيئين. ويعزون ذلك إلى انخفاض سرعة تدفق الغاز وزاوية الرؤية في النواة. لذا، فإن النتيجة الرئيسية هي التغير في متوسط السرعة، وليس اختلافًا في مستوى الاختلاط أو تشتت السرعات. ([arXiv][1])
لا يكفي القياس فقط، بل تحتاج أيضًا إلى نموذج.
لا يُعدّ اختلاف السرعة بين جزيئين دليلاً قاطعاً على أنهما جسيمان ثنائيا القطب. فقد ينشأ هذا الاختلاف، على سبيل المثال، إذا لم يكن الجزيئان في نفس المكان تماماً، أو إذا أدت تفاعلات كيميائية مختلفة إلى اختلاف طفيف في تشتت كل منهما.
لمعالجة هذه الاحتمالات، قارن الباحثون الملاحظات بحسابات فيزيائية للمقاومة ثنائية القطب - وهي مقياس لمدى سهولة حركة المادة المتعادلة بالنسبة للمجال المغناطيسي والأيونات المرتبطة به. كما تضمنت النماذج تأثير نمو حبيبات الغبار داخل اللب.
أظهرت المقارنة أن الفرق البالغ حوالي 50 مترًا في الثانية يتوافق مع سيناريو نمت فيه حبيبات الغبار، وأصبح المجال المغناطيسي في المنطقة بقوة تتوافق مع القياسات السابقة. ووفقًا للباحثين، فإن نمو حبيبات الغبار يُغير التوازن الكهربائي وعدد الجسيمات المشحونة، وبالتالي يؤثر على كفاءة التفاعل بين الغاز والمجال المغناطيسي. ([arXiv][1])
تُعطي هذه النتيجة حبيبات الغبار دورًا يتجاوز الجانب الكيميائي أو البصري فحسب، إذ قد يؤثر حجمها وتوزيعها على سرعة انفصال النواة الكثيفة عن دعامتها المغناطيسية وبدء انهيارها.
كيف يولد النجم؟
في بداية العملية، تجذب الجاذبية الغاز إلى الداخل، لكن ضغط الغاز وحركة الدوامات والمجال المغناطيسي تقاوم الانهيار. وطالما تتحرك الأيونات والجسيمات المتعادلة معًا، يمكن للمجال المغناطيسي أن يوفر دعمًا كبيرًا للسحابة.
مع انزلاق المادة المتعادلة تدريجيًا عبر تجمعات الأيونات، لا يتركز التدفق المغناطيسي بنفس معدل تركز الكتلة. يضعف الدعم المغناطيسي مقارنةً بقوة الجاذبية. إذا استمرت هذه العملية وتراكمت كتلة كافية في مركز النواة، تصبح الجاذبية هي القوة المهيمنة، وتنهار المادة لتشكل نجمًا أوليًا.
يستمر النجم الأولي في تجميع المواد من غلافه المحيط. لاحقًا، يتشكل قرص حوله، قد يتطور منه نظام كوكبي. وبهذه الطريقة، قد تشارك عملية صغيرة لفصل السرعة بين الأيونات والجزيئات المتعادلة في سلسلة تؤدي في النهاية إلى تكوين نظام نجمي مشابه للنظام الشمسي.
يلزم إجراء المزيد من الملاحظات.
يؤكد الباحثون أن هذه نواة واحدة، وأن تفسير القياس يعتمد على مزيج من الملاحظات والنماذج. ويخططون لرصد نوى نجمية أولية إضافية، واستخدام دقة زاوية أعلى لرسم خريطة دقيقة لموقع اختلاف السرعة وكيفية تغيره من الحافة إلى المركز. ([kyushu-u.ac.jp][2])
قد تجعل هذه القياسات سرعة انزلاق الأيونات والجسيمات المتعادلة أداة جديدة لتقدير القوة الإجمالية للمجال المغناطيسي ودراسة توزيع حجم حبيبات الغبار داخل النوى النجمية الأولية. ([arXiv][1])
"إن فهم تكوين النجوم يمسّ سؤالاً جوهرياً حول أصل الحياة في الأنظمة الكوكبية"، هذا ما قالته دوريس أرزوميان، قائدة الدراسة من جامعة كيوشو. يجمع البحث بين عمليات الرصد الراديوي وديناميكيات الغازات. الكيمياء الفلكية وفيزياء الغبار – مجالاتٌ ضروريةٌ معًا لرصد اللحظة التي تبدأ فيها سحابةٌ باردةٌ بالتحوّل إلى نجم. ([kyushu-u.ac.jp][2])
שאלות ותשובות
ما هو النواة النجمية الأولية؟
هي منطقة باردة وكثيفة داخل سحابة جزيئية، حيث يتركز الغاز والغبار بفعل الجاذبية. لا يحتوي لبّها بعد على نجم أولي نشط، ولكنه قد يكون في المرحلة التي تسبق الانهيار الذي سيؤدي إلى تكوينه.
ما هو الانتشار ثنائي القطب؟
هذه عملية تتحرك فيها الجسيمات المتعادلة في الغاز بالنسبة للأيونات المرتبطة بالمجال المغناطيسي. يسمح هذا الانزلاق بتركيز الكتلة دون سحب التدفق المغناطيسي الكامل معها، مما يضعف الدعم المغناطيسي ضد الانهيار.
كيف يمكنك قياس فرق قدره 50 متراً في الثانية في الفضاء؟
تُصدر الجزيئات إشعاعًا بترددات محددة. وأثناء حركتها، تنزاح خطوط انبعاثها قليلًا بسبب تأثير دوبلر. ويمكن لأجهزة قياس الطيف الحساسة في التلسكوبات الراديوية قياس هذا الانزياح وحساب السرعة بناءً عليه.
هل تثبت هذه الملاحظة أن نجمًا على وشك أن يولد في L1544؟
يشير ذلك إلى عملية تعتبر أساسية للانتقال إلىالانهيار بفعل الجاذبيةلكن هذا لا يسمح لنا بتحديد وقت تكوّن النجم الأولي بدقة. يلزم إجراء المزيد من الملاحظات لتأكيد حدوث هذه العملية في نوى أخرى، ولرسم خريطة لها بدقة أعلى.
بالنسبة للمقال العلمي: فتح المقال العلمي
المزيد عن هذا الموضوع على موقع العلوم
- أقوى دليل حتى الآن على وجود مجال مغناطيسي على كوكب خارج المجموعة الشمسية
- قد تفسر المجالات المغناطيسية كيفية تشكل أنظمة النجوم الثنائية
- يلتقط تلسكوب هابل "مهدًا" مبهرًا للنجوم الشابة في سحابة ماجلان الكبرى
- علماء الفلك يوثّقون "وليمة كونية": نجم ضخم يلتهم الغاز بسرعة قياسية
- تكشف نظرة هابل المذهلة إلى سديم أوريون عن حضانة نشطة للنجوم الشابة
