أول قياس لنواة السديم المجري باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي يكشف كيف يُسخّن الإشعاع الكوني سحب الغاز الباردة ويؤينها، مما يؤثر على التركيب الكيميائي ومعدل الانهيار الذي يؤدي إلى ولادة النجوم
تُعدّ السدم الباردة بمثابة "حاضنات" النجوم: سحب كثيفة من الغاز والغبار، بدرجات حرارة تصل إلى بضع عشرات من الكلفن، حيث تحاول الجاذبية تقليص المادة حتى يشتعل النجم. لكنّ البرودة والكثافة تحديدًا هما ما يُشكّلان تحديًا للقياس والفهم: فالإشعاع فوق البنفسجي العادي لا يكاد يخترقها، ما يجعل من الصعب معرفة العمليات التي تُسخّن وتُؤيّن وتُغيّر كيميائيًا المادة في النواة. وهنا يأتي دور الأشعة الكونية: سيل من الجسيمات عالية الطاقة (بروتونات في الغالب، ولكن أيضًا إلكترونات ونوى ذرية) قادرة على اختراق هذه السحب بعمق، لتُصبح عاملًا "هادئًا" ولكنه حاسم في تكوين النجوم.
نجح فريق دولي بقيادة باحثين من كلية الفيزياء في معهد التخنيون، ولأول مرة، في قياس نشاط الأشعة الكونية مباشرةً في قلب سديم برنارد 68، وهو سديم مجري كثيف وبارد يقع على بُعد حوالي 400 سنة ضوئية (حوالي 123 فرسخًا فلكيًا) من الأرض. واستند القياس إلى رصد من تلسكوب جيمس ويب الفضائي، ونُشر في 3 فبراير 2026 في مجلة Nature Astronomy، إلى جانب تحليل تكميلي نُشر في اليوم نفسه في مجلة The Astrophysical Journal بالتعاون مع جامعة جونز هوبكنز.
لماذا يهيمن الإشعاع الكوني في السدم الباردة؟
تتميز السدم المُشكِّلة للنجوم بسمتين رئيسيتين: الكثافة العالية وحجب الضوء الشديد. يمتص الغبار داخل السديم الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية الضعيفة ويشتتها، مما يجعل النواة الداخلية منطقة شديدة الظلام من منظور كهرومغناطيسي. وبدون تأيين الفوتونات للغاز، يُتوقع أن تكون المادة "محايدة" وهادئة نسبيًا. في الواقع، تحدث عمليات التأين والتفاعلات الكيميائية النشطة أيضًا في قلب السحابة. المصدر الرئيسي لهذه التفاعلات هو الإشعاع الكوني، الذي يتمكن من الاختراق حتى في ظل حجب الضوء.
تتجلى العلاقة بين السدم الباردة والأشعة الكونية في ثلاث آليات رئيسية:
- التسخين اللطيف يبطئ الانهيار الناتج عن الجاذبية
يتسارع الانهيار الجذبي عندما يكون الغاز أبرد، لانخفاض ضغطه. تُضيف الأشعة الكونية طاقةً إلى الغاز عند اصطدامها بالجسيمات ونقلها إليها. لا يُؤدي هذا التسخين إلى احتراق السحابة، ولكنه يُغيّر توازنات دقيقة: سرعة فقدان السحابة للطاقة، ودرجة حرارة مركزها، والظروف اللازمة لبدء تكوّن النجوم. باختصار، تُشبه الأشعة الكونية منظم حرارة ضعيف، ولكنه يعمل بكفاءة حيث تعجز منظمات الحرارة الأخرى. - التأين الذي ينشط التفاعلات الكيميائية للجزيئات
عندما تؤين جسيمات كونية جزيئًا أو ذرة، تتكون أيونات وإلكترونات حرة. حتى لو كان معدل التأين ضئيلاً، فإنه يكفي لإطلاق سلسلة من التفاعلات الكيميائية. داخل سحابة باردة، تتشكل جزيئات أكثر تعقيدًا بمرور الوقت، وتحدث عمليات تؤدي أيضًا إلى تكوين جزيئات شائعة مثل الماء والأمونيا والميثانول. بهذا المعنى، لا يقتصر دور الإشعاع الكوني على "التسخين" فحسب، بل يُفعّل مختبرًا كيميائيًا متكاملًا داخل سحابة تبدو هادئة ومتجمدة من الخارج. - العلاقة بين الغاز والمجالات المغناطيسية
في مثل هذه السحب، يمكن للمجال المغناطيسي أن يبطئ أو يؤخر الانهيار، ولكن لكي يؤثر المجال المغناطيسي على الغاز، يجب أن يكون الغاز متأينًا بشكل طفيف، وإلا فإنه سيتسرب. يوفر التأين الناتج عن الأشعة الكونية هذا الرابط. لذا، تساعد الأشعة الكونية في الإجابة على السؤال المهم: هل ستنهار السحابة بسرعة لتشكل نجمًا، أم سيتأخر ذلك بفعل مزيج من الضغط والمغناطيسية والحركة الداخلية؟
ما الجديد في مجال القياس، ولماذا يُعتبر "مستحيلاً"؟
حتى الآن، اقتصر قياس الأشعة الكونية بشكل رئيسي على محيط النظام الشمسي، باستخدام أجهزة في الفضاء (مثل مركبة فوياجر الفضائية) وفي محطات مدارية. تكمن المشكلة في أن السحب التي تتشكل فيها النجوم تقع على مسافة بعيدة، وأن الإشارات التي تربط الأشعة الكونية مباشرة بما يحدث داخل السحابة تُعتبر ضعيفة للغاية بحيث لا يمكن رصدها.
استخدم الفريق بقيادة الدكتور شموئيل بيالي من معهد التخنيون مبدأً فيزيائيًا دقيقًا: عندما يخترق الإشعاع الكوني سحابة ويصطدم بجزيئات الهيدروجين، فإنه قد يتسبب في اهتزاز جزيئات الهيدروجين. ونتيجة لذلك، الإشعاع تحت الأحمر عند تردد نموذجي يبلغ حوالي 100 تيراهيرتز، يكون هذا الإشعاع بمثابة "بصمة" مباشرة للتفاعل بين الأشعة الكونية والهيدروجين في سحابة باردة.
هنا تكمن ميزة تلسكوب جيمس ويب الفضائي: حساسيته غير المسبوقة في نطاق الأشعة تحت الحمراء، مما يُمكّنه من البحث عن إشارات ضعيفة للغاية وسط إشعاعات أخرى. ركزت عمليات الرصد على سديم شديد الكثافة والبرودة، عند درجة حرارة تتراوح بين 10 و20 كلفن. ووفقًا للوصف، بنى الفريق نموذجًا نظريًا يتنبأ بالإشارة التي ستظهر إذا كانت بالفعل أشعة كونية، ثم تحققوا من تطابق الإشارة المقاسة. ويشير أميت تشامكا، وهو طالب دراسات عليا في الفريق، إلى أن التطابق كان ممتازًا، وأنه تم اختبار نماذج بديلة أيضًا لم تتمكن من محاكاة الرصد.
وأشار البروفيسور ديفيد نيوفيلد من جامعة جونز هوبكنز، الذي شارك في الدراسة، إلى أن هذه هي أول فوتونات يتم اكتشافها على الإطلاق والتي تنشأ من الهيدروجين الجزيئي المنبعث نتيجة لتأثير الأشعة الكونية، وأن تلسكوب جيمس ويب الفضائي قد فتح بالتالي "نافذة جديدة" على الفيزياء الفلكية للأشعة الكونية.
لماذا يُعد هذا الأمر مهمًا لفهم تكوين النجوم في المجرة؟
يُحقق القياس المباشر في قلب السحابة الباردة أمرين مهمين في آن واحد:
أولاً، يسمح ذلك معايرة النماذجثانياً، يفتح ذلك الباب أمام: بدلاً من افتراض ما هو تدفق الأشعة الكونية تقريبًا في مثل هذه السحب، يمكن قياسه بدقة.رسم الخرائط المنهجيإذا كان من الممكن القياس في سحابة واحدة، فمن الممكن المقارنة بين السحب المختلفة، وبين مناطق تكوين النجوم المختلفة، وربما حتى بين أجزاء مختلفة من المجرة.
أفاد الفريق أنه بعد نجاحهم، مُنحوا 50 ساعة إضافية من وقت الرصد من قِبل وكالة ناسا. والهدف هو توسيع نطاق القياسات لتشمل بيئات مجرية أخرى، وبناء ما يصفه الباحثون بأنه أول دراسة منهجية لكيفية انتشار الإشعاع الكوني عبر المجرات وتنظيمه لتكوين النجوم. وباستخدام استعارة مناسبة، يمكن أن تصبح السدم "كاشفات جسيمات طبيعية" على نطاق واسع: ليس جهازًا بحجم غرفة، بل سحابة بحجم العديد من الأنظمة الشمسية، تستجيب مباشرةً لمرور الجسيمات عالية الطاقة.
يُعدّ هذا البحث ذا قيمة عملية لفهم مستقبل السديم نفسه. فـ"بارنارد 68" عبارة عن سحابة يبلغ قطرها حوالي ثلث سنة ضوئية (حوالي 0.1 فرسخ فلكي) وكتلتها ضعف كتلة الشمس تقريبًا. ووفقًا للتقديرات المُقدّمة، قد تنهار هذه السحابة في غضون 200 ألف سنة تقريبًا، مُؤديةً إلى نشوء نجم جديد. ولفهم متى وكيف سيحدث ذلك، لا بدّ من فهم توازن الطاقة والتركيب الكيميائي داخلها، ويُشكّل الإشعاع الكوني جزءًا هامًا من هذه المعادلة.
للاطلاع على المقال المنشور في مجلة نيتشر أسترونومي
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
תגובה אחת
جميل. طريقة جديدة رائعة.
اقتراحات التدقيق اللغوي:
"الأيونات المتولدة والإلكترونات الحرة"
"بدلاً من افتراض (تقريبًا) ما هو تدفق الإشعاع في مثل هذه السحب، من الممكن (-) قياس (بدقة)."