نجوم تتكون من غيوم

نجوم تتكون من غيوم^(*)

إن فهم كيف يتكون نجم ليس أمرا سهلا. والفلكيون يحاولون جاهدين ملء فجوات الرؤية المتعارفة حول الكيفية التي تتكون وفقها النجوم.

<T.E.يونگ>

 

مفاهيم مفتاحية    مع أن نظرية الفلكيين في التكون النجمي أحرزت تقدما جوهريا في السنين القليلة الماضية، إلا أنها مازالت تحوي ثغرات مهمة. صحيح إن النجوم تتكون من سحب غازية عند انهيارها، ولكن من أين تأتي تلك السحب، وما الذي يجعلها تنهار؟    إضافة إلى ذلك، تتعامل النظرية المعيارية مع النجوم كل بمعزل عن غيره، مهملة تآثراتها والسحب التي وُلِدت فيها.     يحقق الفلكيون تقدما في ملء هذه الثغرات. وعلى سبيل المثال، فإنهم رأوا كيف تتمكن النجوم ذات الكتل الضخمة من استهلال انهيار السحب، وكيف تدفع النجوم الحديثة الولادة بعضها بعضا لتنتهي في الفضاء السحيق محررو ساينتفيك أمريكان

 

إذا كان ثمة شــيء يُظن أن علــمـاء الفلك توصـــلوا إلى فهمه الآن، فهـــــو تكوُّن النجوم. وتعود الفكــــرة الأساسية في طريقـــة تكوّن النجــــوم إلى <E.كانْت> و <S.P.لاپلاس> في القرن الثامن عشر؛ أما تفصيلات طريقة تلألئها وتطورها، فقد اكتشفها فيزيائيون في النصف الأول من القرن العشرين. وفي أيامنا هذه، تُعَلَّم المبادئ التي تحكم النجوم في مدارس المرحلة المتوسطة، ثم إن الأشياء غير المألوفة والمثيرة، كالمادة المعتمة⁽¹⁾، تملأ عناوين مقالات بعض الصحف والمجلات. وقد يبدو أن التكوّن النجمي مسألة اكتمل حلها، ولكن ما من شيء يستطيع تجاوز الحقيقة، إذ إن ولادة النجوم مازالت واحدا من الموضوعات غير المبتوت فيها في الفيزياء الفلكية التي بلغت مرحلة متقدمة في أيامنا هذه.

 

وتمثل عملية الولادة هذه، بأبسط العبارات، انتصار الثقالة gravity على  الضغط. وهي تبدأ بغيمة (سحابة) مترامية الأطراف من الغاز والغبار الطافية في الفضاء البينجمي⁽²⁾. فإذا كانت غيمة – أو، في الأغلب، جزء كثيف من الغيمة يسمى قلبها⁽³⁾ – باردة وكثيفة كفاية، فإن الجذب (نحو الداخل) الذي  تقوم به الثقالة يتغلب على الدفع نحو الخارج الذي يفعله الضغط الغازي، ومن ثم تبدأ الغيمة بالانهيار نتيجة تأثير وزنها الذاتي. وإذ ذاك تأخذ كثافة وحرارة الغيمة، أو قلبها، بالتزايد، وهذا يؤدي في نهاية المطاف، إلى إطلاق شرارة اندماج نووي⁽⁴⁾. وتعمل الحرارة التي يولدها الاندماج النووي على زيادة الضغط وإيقاف الانهيار. ويستمر النجم المولود الجديد بحالة توازن ديناميكي يمكن أن يدوم من ملايين إلى تريليونات السنين.

 

إن النظرية في هذا الحقل متساوقة بعضها مع بعض⁽⁵⁾، وتتفق مع قدر كبير متزايد من الأرصاد، ولكنها مازالت بعيدة عن الكمال، ذلك أن كل جملة ذكرناها في الفقرة السابقة تحتاج إلى تفسير؛ وبوجه خاص، ثمة أربعة أسئلة تقضُّ مضاجع الفلكيين، أوّلها أنه لو افترضنا القلوب الكثيفة بيوض النجوم، فأين الدجاجات الكونية؟ فالغيوم نفسها يجب أن تأتي من مكان ما، ثم إن تكوّنها غير مفهوم جيدا. ثانيا، ما الذي يجعل القلب يبدأ بالانهيار؟ فأيا كانت آلية هذه البداية، فهي تحدد معدل سرعة تكوّن النجوم وكتلها النهائية.

 

ثالثا، كيف تؤثر النجوم الجنينية embryonic stars أحدها في الآخر؟ إن النظرية المعيارية⁽⁶⁾ تقدم وصفا للنجوم كل بمعزل عن الآخر؛ وهي لا تقول شيئا  عما يحدث حين تتكون وهي قريبة بعضها من بعض، كما يحدث في معظم النجوم. وتوحي الاكتشافات الحديثة أن شمسنا ولدت ضمن تجمع سرعان ما تشتت⁽⁷⁾. تُرى، كيف يمكن أن تختلف تربية طفل في بيت حضانة عن تربيته في بيت لا يوجد فيه غيره؟

 

تكون نجمي عنيف قرب قلب المجرة M83، التقطته العام الماضي آلة التصوير Wide Field Camera 3 الجديدة الموجودة على متن مقراب هابل الفضائي. وتخفق النظريات المعيارية في معرفة أسباب ظهور هذه  النجوم الضخمة، التي يميل لونها إلى الزرقة، وفي معرفة الطريقة التي تعيدُ بها طاقة إلى السحب الغازية والتي تتكون هذه النجوم منها.

 

رابعا، كيف تتدبر النجوم البالغة الضخامة أمرها لتتكون. على أي حال إن النظرية المعيارية تنجح في تفسير تكوّن نجوم كتلها أكبر من كتلة شمسنا عشرين مرة، ولكنها تخفق في النجوم التي تكبر هذا الحد، والتي يتعين على تألقها الشديد أن يعصف بالغيمة قبل أن يتمكن النجم الحديث الولادة من تجميع الكتلة المطلوبة. يضاف إلى ذلك أن النجوم الضخمة تدمر ما يحيط بها بالإشعاع فوق البنفسجي، وبالاندفاعات العالية السرعة الخارجة منها، وبموجات الصدم فوق الصوتية supersonic shock. إن التغذية الراجعة⁽⁸⁾ لهذه  الطاقة تمزق الغيمة، ولكن النظرية المعيارية لا تُدْخِل هذا الأمر في الحسبان.

 

[النظرية المعيارية] ولادة نجم بصعوبة(**)    تقدم النظرية المعيارية في التكون النجمي تفسيرا متقنا للنجوم المنعزلة ذات الكتل الطفيفة والمتوسطة، ولكنها تترك كثيرا من الثغرات المفاهيمية. المسألة رقم 1: من أين تأتي السحابة؟ الجواب: لا بد أن يتخثر على نحو ما خليط من مادة ولدها الانفجار الأعظم، أو قذفتها نجوم المسألة رقم 2: لماذا ينهار القلب؟ الجواب: لا يحدد هذا النموذج كيف يختل توازن القوى التي تجعل السحابة مستقرة.   المسألة رقم 3: كيف تؤثر الأجنة أحدها في الآخر؟ الجواب: إن النظرية المعيارية في التكون النجمي تتعامل مع النجوم كل على حدة المسألة رقم 4: كيف تتكون النجوم ذات الكتل الضخمة؟ الجواب: إن النجوم الوليدة، التي لها كتل أكبر من 20 كتلة شمسية، شديدة الإضاءة بدرجة تجعل من المتوقع أن تقوم بتعطيل تكونها، وأيضا تُكوُّن نجوم قريبة منها

 

لقد أصبحت الحاجة إلى تلافي مواطن الضعف هذه تمثل ضغطا متعاظما على الفلكيين. فالتكون النجمي يكمن في أساس كل شيء تقريبا في علم الفلك، بدءا من نشوء المجرات، وصولا إلى تكوّن الكواكب. ومن دون فهم هذا الموضوع، فلن يكون بمقدور الفلكيين أن يعقدوا الأمل على تفحص المجرات النائية، أو أن يستفيدوا من الكواكب المكتشفة خارج منظومتنا الشمسية. ومع أن الأجوبة النهائية تظل خادعة، فثمة فكرة آخذة في البروز مفادها بأن أي نظرية أكثر تطورا في تكون النجوم لابد لها من النظير في بيئة نجم حديث العهد. فالحالة  النهائية للنجم الجديد لا تتوقف على الشروط الابتدائية في القلب فحسب، بل تتوقف، أيضا، على التأثيرات اللاحقة لما يحيط به وبجيرانه من النجوم. إنها الطبيعة التلقائية مقابل الرعاية والاحتضان على مقياس كوني.

 

مغطاة بالغبار^(***)

 

حين تُولّي وجهك شطر السماء من موقع مظلم، بعيدا عن أضواء المدينة، يمكنك رؤية درب التبانة⁽⁹⁾ بشكل قوس يعلوك، ناشرا دفقا من الضوء تقطعه  لطخات مظلمة، هي السحب البينجمية. وجسيمات الغبار في هذه السحب تحجب ضوء النجوم، وتجعل هذه الغيوم معتمة للضوء المرئي.

 

لذا، فكل مَنْ يسعى مِنّا إلى رصد التكوّن النجمي، سيواجه مشكلة أساسية  هي أن النجوم تخفي عملية ولادتها. إن المادة التي تولِّد النجوم سميكة ومعتمة؛ ويتعين عليها أن تصبح كثيفة بدرجة تمكنها من استهلاك اندماج نووي، ولكنها لم تحقق ذلك بعد. ويستطيع الفلكيون رؤية كيف تبدأ هذه العملية وكيف تنتهي، ولكن ما يحدث بين البداية والنهاية يصعب جدا رصده، ذلك أن كثيرا من الإشعاع يخرج بطول موجات الإشعاع تحت الأحمر البعيد⁽¹⁰⁾ وأطوال موجية دون مليمترية، لذا فإن صندوق عُدَدِ الفلكيين يعد بدائيا نسبيا في التعامل مع تلك الأجزاء من الطيف.

 

ويعتقد الفلكيون أن السحب التي تولَّدُ فيها النجوم تنشأ بصفتها جزءا منالدورة الضخمة⁽¹¹⁾ للوسط البينجمي، والذي ينتقل فيه الغاز والغبار من  السحب إلى النجوم، ثم يعودان أدراجهما من حيث انطلقا. وهذا الوسط مكون في المقام الأول، من الهدروجين؛ ويكوِّن الهليوم قرابة ربع كتلته، أما جميع العناصر الأخرى فلا تكوِّن أكثر من بضعة أجزاء في المئة من هذا الوسط. وبعض هذه المادة بدائي لم يحدث فيه اضطراب إلا نادرا منذ الدقائق الثلاث الأولى والتي حدث فيها الانفجار الأعظم the big bang؛ وبعضها الآخر نبذته النجوم خلال حياتها؛ وبعضها حطام لنجوم تفجرت. إن الإشعاع النجمي يحطم أي جزيئات هدروجينية إلى الذرات التي تكونها⁽¹²⁾.

[المسألة رقم1 ] الأصول المظلمة للسحب(****)    لقد حدد الفلكيون تدريجيا مراحل اندماج السحب، بدءا من غاز منتشر بين النجوم يتزايد كثافة باطراد. هذا وإن المرحلة، التي تسبق مباشرة تكون النجوم البدائية تُمثَّل بما يسمى سحبا معتمة تحت حمراء. هذه السحب التي تعترض حتى انتشار الضوء تحت الأحمر، تظهر بشكل خطوط سوداء في هذه الصورة التي أخذها المسحGLIMPSE في مقراب سپيتزر الفضائي. وحجوم هذه السحب وكتلها  ملائمة تماما للتكون النجمي.

 

وفي البداية ينتشر الغاز بحيث توجد ذرة هدروجين واحدة تقريبا في السنتيمتر المكعب، بيْد أنه خلال تبرده يتخثر متحولا إلى سحب متقطعة تماما، مثلما يتكثف بخار الماء متحولا إلى سحب في جو الأرض. ويتبرد الغاز بسبب إشعاعه حرارة، ولكن العملية هذه ليست مباشرة بسبب وجود عدد محدود فقط من الطرق لخروج الحرارة. وقد تبين أن أكثر الإشعاعات فعالية هو الإصدار تحت الأحمر البعيد من عناصر كيميائية معينة، كالإشعاع الذي يصدره كربون مؤين بطول موجي قدره 158 ميكرونا micron. هذا وإن جو الأرض السفلي كامد (معتم) لهذه الأطوال الموجية، لذا يجب رصدها باستعمال المراصد الفضائية مثلمرصد هيرشل الفضائي⁽¹³⁾ الذي أطلقته عام 2009 وكالة الفضاء الأوروبية، أو  باستعمال مقاريب مركبة على متن طائرات، مثل المرصد الذي أطلق عليه اسم⁽SOFIA)⁽¹⁴).

 

ومع تبرُّد السحب، تصبح أكثر كثافة. وعندما يصبح عدد ذراتها نحو ألف في السنتيمتر المكعب، تغدو كثافتها كافية لاعتراض الإشعاع فوق البنفسجي الصادر عن المجرة المجاورة. وعند ذلك، يمكن لذرات الهدروجين الاندماج في جزيئات بواسطة عملية معقدة فيها حبيبات غبار. وقد بينت الأرصاد الراديوية أن السحب الجزيئية تحوي مركبات – بدءا من الهدروجين (H2)، وصولا إلى عضويات مركبة – قد تكون وفرت الظروف للحياة على الأرض⁽¹⁵⁾. بيد أن درجات الحرارة، وراء هذا المسرح، تتدنى. وقد أظهرت أرصاد تحت الأحمر نجوما حديثة المولد مطمورة في أعماق الغبار، ولكن هذه الأرصاد لم تتمكن من رؤية أولى الخطوات التي أسفرت عن تحول السحابة الجزيئية إلى هذه النجوم البدائية⁽¹⁶⁾.

أشياء أخرى تربكنا بها النجوم(*****)    ما هي سرعة تكون النجوم؟ هذا سؤال آخر يكافح الفلكيون لمعرفة جوابه. النقطة الحاسمة هي المرحلة النهائية من الانهيار، وذلك بعد أن يكون نجم بدائي قد شكّل نواة، ولكن قبل أن يكون قد كَبُرَ حجمه نتيجة الغاز المتنامي. وقد رصد فريق يقوده <J.N.إيڤانز> [من جامعة تكساس في أوستن] مجمعات قريبة تتكون فيها النجوم، وذلك بواسطة مقراب سپيتزر الفضائي، ووجدوا أن التنامي يحدث بمعدل غير مستقر جدا. ويكبر النجم بسرعة ليصل إلى نصف حجمه النهائي، ولكن نموه يتباطأ بعد ذلك، إذ يستغرق للوصول إلى حجمه النهائي عشرة أمثال الوقت الذي يستغرقه للوصول إلى نصف حجمه. وتستغرق العملية كلها وقتا أطول كثيرا مما كان يتوقعه الفلكيون.    وثمة مسألة أخرى هي أن الغاز في السحب الجزيئية شديد الاضطراب، ويتحرك بسرعات فوق صوتية. تُرى، ما الذي يثير حركته هذه؟ قد تكون النجوم الجنينية نفسها هي المسؤولة عن ذلك. وجميع النجوم البدائية تقريبا تنفث دفقات بسرعة عالية [انظـر: «الأيـام المبكـرة في حيـاة نجم» ، مجلة العلوم،  العدد 12(2000)، صفحة 26].

 

إن موضوع أبكر مراحل التكون النجمي بدأ بالتغير في منتصف التسعينات من القرن العشرين، عندما اكتشف المرصدان the Midcourse Space Experiment، وthe Infrared Space Observatory؛ سُحبا لها كثافــة عالية (إذ إنه يوجد أكثر من10000 ذرة منها في السنتيمتر المكعب الواحد) قادرة على اعتراض حتى الأطوال  الموجية الحرارية للإشعاع تحت الأحمر الذي يخترق عادة المناطق الغبارية. ولهذه السحب، المسماة سحبا مظلمة تحت حمراء⁽¹⁷⁾، كتل أكبر كثيرا (100 إلى10000 مرة من كتلة الشمس) من كتل السحب التي سبق اكتشافها بأطوال  موجية ضوئية. وخلال السنوات العديدة المنصرمة استعمل فريقان المرصدَ سپيتزر⁽¹⁸⁾ لإجــراء مســــح شــــامــل لها: المسح الأول هو ⁽GLIMPSE)⁽¹⁹)بقيــــادة <B.E.تشيرشويل> [مـن جــــامعــــة وسكونسن – ماديسون] والمســح الثـــاني هـــــو MIPSGAL، بقيـــــادة <S.كاري> [من مركز سپيتزر]. وهذه  السحب هي الحلقة المفقودة بين السحب الجزيئية والنجوم البدائية.

 

وفي الحقيقة، فقد تمثل السحب المظلمة والقلوب الكثيفة المرحلة الحاسمة للنجوم التي يمكن فيها تحديد كتلها. وللسحب كتل متسلسلة في كِبَرها؛ علما بأن الصغير الكتلة منها أكثر شيوعا من السحب الكبيرة الكتلة. ويحاكي توزع الكتل هذا توزع النجوم، باستثناء أن كتل السحب أكبر عموما ثلاث مرات من كتل النجوم، وهذا يوحي أن ثلثا واحدا فقط من كتلة سحابة يتحول إلى نجم وليد. أما ما تبقى من السحابة، فيتناثر بطريقة ما في الفضاء.

 

أما كون هذا التشابه في التوزيع سببيا أو مجرد مصادفة، فمسألة لا بد من حلها. وأيا كان السبب الذي يكمن وراء امتلاك نجم كُتلتَهُ، فهي التي تحدد تاريخ حياته كلها: فإذا كان نجما ضخم الكتلة فإنه يفنى وهو مازال صغير السن ويتفجر بطريقة كارثية. أما إذا كان نجما ذا كثافة متواضعة، فإنه يعيش حياة أطول، ونراه يتهادى بسلاسة في تلك الليلة اللطيفة

 

[المسألة رقم 2] بداية الانهيار(******)    إن الكتب المقررة في علم الفلك غامضة فيما يتعلق بالطريقة التي تجعل الغيوم تفقد استقرارها ثم تنهار. وتظهر الصور الحديثة تحت الحمراء التي حصل عليها المركز سپيتزر أن النجوم الضخمة المجاورة غالبا ما تكون المسؤولة عن ذلك. في المنطقة W5 من المجرة، أحدثت النجوم الضخمة (التي تظهر في الصورة بلون مائل إلى الزرقة) تجويفا في سحابة جزيئية. وتوجد على حافة التجويف نجوم بدائية (مطمورة في غاز لونه يميل إلى الابيضاض، وآخر لونه يميل إلى اللون القرنفلي) لها العمر نفسه تقريبا، وهذا يشير إلى أن تكونها استهل بفعل النجوم الضخمة؛ أما العمليات الأخرى، فلم تجر بمثل هذا التزامن.  في الحشد NGC 2068 تصطف النجوم البدائية معا مثل لآلئ في عِقْدٍ. ومع أنها مبعثرة على نطاق واسع، فقد تكونت في الوقت نفسه تقريبا، هذا وإن المسؤول الأكثر احتمالا هو زمرة من النجوم الضخمة القريبة.

ما الذي ضغط على الزناد؟^(*******)

 

يحرز الفلكيون بعض التقدم أيضا في المسألة الرئيسية الثانية التي لم تحل بعد، وهي التي تبحث عن الأسباب التي تؤدي إلى انهيار سحابة أو قلبها. وفي النموذج المعياري للتكوّن النجمي، يَكُون القلب في بدايته متوازنا جيدا، إذ توازن الثقالة والضغط الخارجي بالضغط الداخلي الحراري أو المغنطيسي المضطرب. ويبدأ الانهيار عندما يختل هذا التوازن لمصلحة الثقالة. ولكن ما الذي يقدح زناد الاختلال في التوازن؟ للجواب عن هذا السؤال، قدم الفلكيون أسبابا جد متنوعة. فقد تقوم قوة خارجية، كأن تكون انفجار مستعر أعظمي supernova، بضغط السحابة، أو أن الضغط الداخلي قد يضعف جراء تبدد الحرارة أو الحقول المغنطيسية

[المسألة رقم 3] الحياة في بيت حضانة مزدحم(********)    يمكن أن يتداخل تكون النجوم الحديثة الولادة بعضها ببعض، وهذا يناقض الافتراضات التي يبنى عليها النموذج المعياري للتكون النجمي. وقد وجد مركز سپيتزر مثالا في الحشد NGC 2264 الذي يسمى حشد شجرة عيد الميلاد the Christmas Tree Cluster، والذي يحوي تجمعا كثيفا من النجوم التي لها أعمار مختلفة. وقد تبين بالميز العالي highresolution أن بعض أصغر «النجوم» سنا هي تجمعات متراصة من النجوم البدائية – إذ توجد عشرة منها في منطقة نصف قطرها 0.1 سنة ضوئية، وهذا يعني أنها قريبة جدا بعضها من بعض، ومن ثم يوجد تآثر بينها.

الأطوال الموجية تحت الحمراء 101(*********)    تشبه السحب بين النجمية، حيث تتكون النجوم، لطخات سوداء في الضوء المرئي، غير أنها تصبح جلية بالأطوال الموجية الراديوية وتحت الحمراء.    للأشعة تحت الحمراء طول موجي قدره 1000ميكرون، أي مليمتر واحد. والمادة، التي تتراوح درجة حرارتها بين 3 و 3000 درجة مئوية، تصدر إشعاعا تبلغ ذرواته في هذا النطاق.    الإشعاع تحت الأحمر القريب near-infraredradiation يقع في نهاية الأطوال الموجية  القصيرة لهذا النطاق، إذ إن طولها يقع بين ميكرون وخمسة ميكرونات تقريبا. إنها، غالبا ضوء نجمي أضعف الغبار شدتَه.    يصل الطول الموجي للإشعاع تحت الأحمر البعيد والمتوسط البعد إلى 300 ميكرون. إطلاق  الغاز هو مصدره الرئيسي. وتصعب رؤيته من الأرض لأن الأرض ذاتها تصدر في هذا النطاق، ولأن الجو الأرضي يحجب معظم الإصدار السماوي.    الأشعة دون المليمترية، التي تقع أطوالها في النطاق بين 300 و 1000 ميكرون، هي موقع جيد  لرؤية المادة بين النجمية الباردة.    الموجات الراديوية هي جميع الموجات التي تكون أطول من ذلك.

وقد حاج <Ch.لادا> [من مركز الفيزياء الفلكية ⁽CfA)⁽²⁰)] و<J.ألڤيس> [من المرصد ⁽ESO)⁽²¹)] ومعاونوهم في أن السبب هو التبدد البطيء في الدعم الحراري. فبمتابعتهما للسحب الجزيئية بأطوال موجية مليمترية أو دون مليمترية، التي تغشى النُّطُق bands الراديوية وتحت الحمراء، استطاعا كشف عدد كبير نسبيا من القلوب المعزولة الهادئة في سحب مجاورة. ويوفر بعضها أدلة على حركات بطيئة متجهة إلى الداخل، وقد تكون في طريقها لتكوين نجوم، ويقدم النجم Barnard 335 مثالا ممتازا، وهو يقع في برج العقاب⁽²²⁾. إن كثافته هي ما يتوقع بالضبط إذا كان الضغط الحراري للسحابة في حالة توازن تقريبا مع الضغط الخارجي. وربما كان مصدرُ الإشعاع تحت الأحمر الموجود في المركز نجما بدائيا في مرحلة مبكرة من حياته، وهذا يوحي أن التوازن مال قبل وقت قريب إلى الانهيار.

 

وتقدم دراسات أخرى شواهد على قدح زناد خارجي. فقد بين <T.پيربيتش> [من معهد ماكس پلانك لعلم الفلك الراديوي في بون] ومعاونوه أن ثمة نجوما موزعة على نطاق واسع في منطقة برج العقرب العلوي⁽²³⁾ تكونت جميعها معا. وسيكون من قبيل المصادفة تماما أن يتبدد الضغط الداخلي للقلوب المختلفة في وقت واحد. وثمة تفسير أكثر احتمالا مفاده بأن موجة صدم أطلقها مستعر أعظمي اكتسحت المنطقة وأدت إلى انهيار القلوب. ومع ذلك، فهذا دليل غامض، لأن النجوم الضخمة تمزق المواقع التي تولد فيها، وهذا يجعل من الصعب إعادة إيجاد الظروف التي تتكون فيها. وهناك تقييد آخر يتجلى في صعوبة رؤية نجوم أصغر كتلة (وهي أضعف ضوءا) لإثبات أنها هي أيضا تكونت في وقت واحد

 

[المسألة رقم 4] اختراق سقف الكتلة(**********)    تبين محاكيات حاسوبية حديثة للتكون النجمي أن النجم الضخم الكتلة قادر على بلوغ حجم يبدو مستحيلا، لأنه لا ينمو بانتظام. إن الإشعاع الذي يُصدره النجم البدائي يدفع الغاز بعيدا عنه، وهذا يولد خلاءات (فقاقيع) عملاقة ضمن الغاز، ولكنه لا يكبح كليا تدفق الغاز نحو النجم، لأن المادة تتجمع على هيئة خيوط في الصدوع داخل هذه الخلاءات الكثافة على طول المحور الكثافة العمودية على المحور 55900 سنة : تنتهي المحاكاة حين تبلغ كتلة النجم المركزي 42  كتلة  شمسية، وكتلة رفاقه 29 كتلة شمسية. ويتبقى نحو 28 كتلة شمسية من الغاز الذي يُحتمل أن يسقط نحو الداخل في نهاية المطاف 41700 سنة : ينمو أحد النجوم البدائيةالصغيرة بسرعة  أعلى من النجم البدائي المركزي، وسرعان ما ينافسه في الحجم. والتنامي لا يكون غير منتظم في الفضاء فحسب، بل هو، أيضا، غير مستقر في الزمان. 34000 سنة : عندما تتجاوز كتلة النجم البدائي 17 كتلة  شمسية، يقوم الإشعاع بدفع الغاز خارجا، مولدا فقاقيع. ولكن الغاز مازال يتدفق نحو الداخل حولها. وعندئذ تتكون نجوم بدائية أصغر. 25000 سنة : عندما يكون النجم البدائيقد صار بحجم  11 كتلة شمسية، يصبح الغاز المحيط به غير مستقر تثاقليا، ويأخذ شكلا لولبيا.   17500 سنة : لقد تكوّن نجم بدائي، ويتدفق الغاز نحوه بانتظام إلى حد ما. هذا وإن الطاقة الكامنة التثاقلية المحررة بفعل هذا التدفق للغاز تجعله متوهجا.

 

اكتشـــف مركز سـپيتزر تقـــدمـــا في حل هذه الأسئلة. وقد اكتشف <L.ألين> [من المرصد الوطني لعلم الفلك الضـوئي ⁽NOAO)⁽²⁴)] و<P.X. كوينگك> [من المركز CfA] ومعاونوهما مثالا مدهشا على قدح زناد خارجي في منطقة من المجرة تسمى W5 (انظر المؤطر في الصفحة 9). وتظهر صورهما نجوما بدائية فتية مطمورة في جيوب كثيفة من الغاز انضغطت بالإشعاع الصادر عن جيل سابق من النجوم. ولما كان الانضغاط عملية سريعة، فلا بد أن هذه الأجسام المبعثرة على نطاق واسع تكونت في وقت واحد تقريبا. واختصارا، فإن مسألة قدح زناد تكوُّن نجميٍّ لا تحتمل إجابة من النوع «إما – أو» كما كان يظن في الماضي.

 

الحياة في بيت حضانة نجمي^{(***********)}

 

إذا وضعنا جانبـا مواطـن النقـــص التي أوردنــاها آنفا، فإن النموذج المعياري يفسر أرصـاد القلوب المنعـزلة المكونة للنجــــوم تفسيرا جيـدا إلى حد مــا. ولكن كثيـرا من النجـوم، إن لم يكن جميعها، تتكون في حشود⁽²⁵⁾، ومن ثم فـــإن النمـــوذج المعيــاري لا يفسر كيف أن هـــذا الوسـط المزدحم يــؤثـــر فـي ولادة تلك النجوم. وفي السنوات القليلة الماضية، قدم الباحثــــون نظـريتــين متنافســــتين لملء هـــذه الثغــرة. فالتقدم الهـــائل في قوة الحوسبة⁽²⁶⁾ التي أتيحت للمحاكيات⁽²⁷⁾ كان حاسما في شحذ النظريتين. ومن ثم، فإن الأرصاد، ومن أهمها تلك التي أجراها مركز سپيتزر، تساعد الفلكيين على دعم إحداهما

 

في واحدة منهما، يصبح التآثر⁽²⁸⁾ بين القلوب المتجاورة مهما. وفي الحالة المتطرفة يتكون كثير من النجوم البدائية البالغة الصغر، وهي تتحرك بسرعة عبر السحابة، وتجهد كي تجمع ما تبقى من الغاز. وبعض هذه النجوم يكبر حجمها أكثر من الأخرى، أما الخاسرون فقد يطردون جميعا من الحشد، وهذا يولّد صفا من الأقزام النجمية التي تطوف في المجرة. وقد أَيَّدَ هذه الصورة، التي سميت تناميا تنافسيا⁽²⁹⁾، <I.بونيل> [من جامعة سانت أندروز] و<M.بيت> [من جامعة إكستر] وآخرون.

 

وفي النموذج البديل، لا يكون التأثير الخارجي الرئيسي التآثرات بين القلوب، بل الاضطراب ضمن الغاز. ويساعد الاضطراب على قدح زناد الانهيار؛ ثم إن توزع حجوم النجوم يعكس طيف الحركات المضطربة وليس تنافسات في وقت لاحق على المادة. وقد ابتكر نموذج القلب المضطرب⁽³⁰⁾ هـــذا <C.ماك كي> [من جــامعـــة كاليفــورنـيـــا في بيركــلي] و<M.كرومهولتز> [من جامعة كاليفورنيا في سانتاكروز] وآخرون.

 

ويبدو أن الأرصاد تحبذ نموذج القلب المضطرب⁽³¹⁾، ولكن نموذج التنامي التنافسي قد يكـــون مهمــــا في منــــاطــــق تحــظى بكثافــــــة نجميــــــة عـــاليـــة. وإحــــدى الحــالات المثيــــــرة جــــدا للاهتــمـــام، حشـد شجرة الميلاد⁽³²⁾ (NGC 2264) الموجود في كوكبة مونوسيروس⁽³³⁾. وفي الضوء المرئي، تظهر هذه المنطقة عددا من النجوم الساطعة ومقادير كبيرة من الغبار والغاز – وهي سمات مميزة للتكون النجمي. وقد كشفت أرصاد مركز سپيتزر حشدا مطمورا كثيفا من النجوم التي تنتمي إلى مراحل مختلفة من التطور. ويوفر هذا الحشد لقطة سريعة لتلك المراحل بالضبط، التي سيترك فيها الاضطراب أو التنامي التنافسي علاماته.

 

إن أصغر النجوم سنا، وتتميز بأنها تحتوي على أعلى نسبة من الإصدارات بأطوال موجية كبيرة، تتكتل في زمر محكمة⁽³⁴⁾. وقد بينت <S.P.تكسيرا> [تعمل الآن في المرصد ESO] ومعاونوها أن هذه النجوم يتباعد بعضها عن بعض كل0.3 سنة ضوئية تقريبا. وهذه الصورة هي ما يتوقع بالضبط إن كانت القلوب الكثيفة تنهار تثاقليا gravitationally وتخرج من الغيمة الجزيئية العامة، وهذا يوحي أن الظروف الابتدائية في الغيمة هي التي تحدد الطريق إلى الانهيار. ومع ذلك، فحتى ولو كانت الأرصاد تدعم النموذج المضطرب، فللصور ميز⁽³⁵⁾جيد يُمكِننا من القول إن بعض النجوم البدائية المفترضة ليست أجساما منعزلة، إنما هي زمر متراصة من الأجسام، تحوي إحداها عشرة مصادر ضمن منطقة نصف قطرها 0.1 سنة ضوئية. وللأجسام كثافة عالية جدا تؤدي إلى  ضرورة حدوث تنام تنافسي، وذلك بمقياس صغير على الأقل.

 

لذا، فكما هو الحال في آليات قدح الزناد، فـــإن أثــر البيئة النجمية لا يسمح بالخيار «إما – أو»⁽³⁶⁾. ولكن يمكن للاضطراب والتنامي التنافسي أن يعملا كلاهما، وذلك يتوقف على الظروف. ويبدو أن الطبيعة تستفيد من كل طريقة ممكنة لتكوين نجم.

 

اجعل هذا النجم فائق الحجم^{(************)}

 

إن النجوم ذوات الكتل الضخمة نادرة الوجود وقصيرة العمر، لكنها تؤدي دورا مهما في نشوء المجرات وتطورها. إنها تضخ طاقة في الوسط البينجمي بواسطة التدفقات الخارجية للمادة والإشعاع كليهما، ثم إنها، في أواخر حياتها، يمكن أن تنفجر كالمستعرات الأعظمية، معيدة بذلك المادة مخصبة بعناصر ثقيلة. ودرب التبانة مليء بفقاقيع وبقايا مستعرات أعظمية ولّدتها مثل هذه النجوم. بيد أن النظرية المعيارية تعاني مشكلة في تفسير تكوّنها. وحالما يصل نجم بدائي عتبة تعادل قرابة 20 كتلة شمسية، يتعين على الضغط الذي يحدثه إشعاعه التغلب على قوة الثقالة، ومنعها من التعاظم. وإضافة إلى ضغط الإشعاع، فإن الرياح التي يطلقها مثل هذا النجم الضخم تشتت السحابة التي ولدته، وهذا يحد من نموه، ولا يسمح له بالتدخل في تكوين نجوم قريبة.

 

ويوفر بحث نظري حديث، أنجزه <كرومهولتز> ومعاونوه، طريقة للخروج من هذه المشكلة. فمحاكياتهم الثلاثية الأبعاد تبين نموا نجميا في ظروف تعقيدات غير متوقعة. فالتدفق الداخلي للمادة يمكن أن يغدو غير منتظم البتة؛ إذ يجري تناوب بين المناطق الكثيفة وبين الفقاقيع التي يتدفق منها الضوء إلى الخارج. لذا، فإن الضغط الإشعاعي ربما لا يضع عقبة أمام النمو المستمر على الرغم من كل شيء. ومن ثم، فإن المادة الكثيفة المتدفقة نحو الداخل تكوِّن، أيضا وبسرعة، نجوما مرافقة⁽³⁷⁾، وهذا يفسر السبب في أن النجوم الضخمة الكتلة نادرا ما تُرى وحيدة. ويبحث الراصدون الآن عن تأييد لهذا الأمر بالاستفادة من عمليات مسح سپيتزر للمناطق التي تتكون فيها النجوم ذات الكتل الضخمة. بيد أن هذه عملية ليست بالسهلة بسبب ندرة هذه النجوم وقصر أعمارها، ومن ثم فمن الصعوبة بمكان اصطيادها خلال عملية تكوُّنها.

 

ولحسن الحظ، فثمة مرافق جديدة ستساعد سريعا على حل هذه المشكلة ومسائل أخرى طرحها التكون النجمي. منها، على سبيل المثال، هيرشل وصوفيا، وهي طائرة من طراز Boeing 747، ستحلق فوق 99 في المئة من بخار  الماء الذي يجعل جو الأرض مظلما، وسترصد الأطوال الموجية للإشعاع تحت الأحمر البعيد، والأطوال الموجية دون المليمترية، حيث تكون رؤية التكون النجمي أسهل كثيرا. وللتجهيزات الموجودة على متن الطائرة ميز مكاني وظيفي، وهذا ضروري لرسم خريطة مفصلة للسرعات في الغيوم البينجمية. وفيما يتعلق بالأطوال الموجية التي هي أكبر، فإن الصفيف ⁽ALMA)⁽³⁸)، الذي يجري بناؤه في الصين حاليا، سيسمح برسم خريطة للنجوم البدائية المنفردة بتفصيل بالغ الإتقان.

 

وبالإفادة من هذه الأرصاد الجديدة، يأمل الفلكيون بأن يتتبعوا الدورة الكاملة لحياة الوسط البينجمي: من الغيوم الذرية، إلى الغيوم الجزيئية، إلى القلوب التي سبقت ولادة النجوم، إلى النجوم، وأخيرا، العودة إلى الغاز المنتشر. ويحدو هؤلاء العلماء أيضا الأمل برصد أقراص التكون النجمي بميز زاوي يكفي لجعلهم قادرين على تعقب التدفق نحو الداخل للمادة الآتية من الغيمة، وأيضا، مقارنة تأثيرات البيئات المختلفة في ولادة النجوم.

 

وستفيد الأجوبة موضوعات أخرى في الفيزياء الفلكية. فكل شيء نراه – المجرات، السحب البينجمية، النجوم، الكواكب، الناس – صار وجوده ممكنا بفضل التكون النجمي. هذا وإن نظريتنا الحالية في التكون النجمي ليست سيئة، ولكن الثغرات التي تتخللها تجعلنا عاجزين عن تفسير كثير من أهم سمات عالمنا الحالي. ونحن نرى في تلك الثغرات أن التكون النجمي عملية أكثر غنى مما كان يتوقعه أي إنسان على وجه هذه البسيطة.

 

 المؤلف

بدأ اهتمامه بعلم الفلك حين كان في السادسة عشرة من عمره، إذ صنع آنذاك مقرابا من أنبوب من الورق المقوى. هو الآن مدير عمليات البعثة العلمية للمرصد الذي أطلق عليه اسم (SOFIA) . كان <يونگ> فلكيا في مرصد Steward التابع لجامعة أريزونا بين عامي 1978 و 2009. وكان يعمل في الفِرق العلمية في كل مرفق فضائي رئيسي تحت الأحمر، من ضمنها الساتل الفلكي the Infrared Astronomical Satellite، والمرصد الفضائي تحت الأحمر the Infrared Space Observatory، وآلة التصوير NICMOS، وآلة التصوير the Wide Field Camera 3 المركبة على متن مقراب هابل الفضائي، والمقراب the Spitzer Space Telescope، والمقراب المقبل James Webb Space Telescope.

Erick T. Young

  مراجع للاستزادة 

 

Spitzer and Magellan Observations of NGC 2264: A Remarkable Star-Forming Core near IRS-2.

Erick T. Young et al. in Astrophysical Journal, Vol. 642, No. 2, pages 972-978; May 10.2006. arxiv.org/abs/astro-ph/0601300

 

The Formation of Massive Star Systems by Accretion. Mark R. Krumholz et al. in Science, Vol. 323, pages 754-757; January 15.2009. arxiv.org/abs/0901.31S7

 

The Violent, Mysterious Dynamics of Star Formation. Adam Frank in Discover: February 2009. Available at http://discovermagazine. com/2009/feb/26-violent-mysteri- ous-dynamics-of-star-formation

(*) Cloudy with a Chance of Stars

(**) A Star Is Born-With Difficulty

(***) Swaddled in Dust

(****) The Dark Origins of Interstellar Clouds

(*****) OTHER WAYS THAT STARS MYSTIFY

(******) The Onset of Collapse

(*******) What Pulled the Trigger

(********) Life in a Crowded Nursery

(*********) INFRARED 101

(**********) Breaking through the Mass Ceiling

(***********) Life in a Stellar Nursery

(************) Supersize This Star

 

(1) dark matter

(2) interstellar space

(3) core

(4) nuclear fusion

(5) self-consistent

(6) the standard theory

(7) انظر:  The Long-Lost Sibling of the Sun,” by S.Zwart, Scientific American, November 2009“

(8) feedback

(9) the Milky Way

(10) far-infrared

(11) the grand cycle

(12) [انظر: «الغاز بين النجوم»، مجلة العلوم، العددان (2002) 6/5، صفحة 90]

(13) Herschel Space Observatory

(14) the Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy

(15) [انظر: «مواد الحياة الأولية المقذوفة من بعيد»، مجلة العلوم، العدد (2000)1، صفحة 4]

(16) protostars

(17) infrared dark clouds

(18) the Spitzer Space Telescope

(19) the Galactic Legacy Infrared Midplane Survey Extraordinaire

(20) Center for Astrophysics

(21) the European Southern Observatory

(22) Aquila

(23) the Upper Scorpius

(the National Optical Astronomy Observatory (24

(clusters (25

(26) computing power

(27) simulations

(28) interactions

(29) competitive accretion

(30) turbulent-core model

(31) [انظر:“The Mystery of Brown Dwarf Origins,” by S. Mohanty – R. Jayawardhana; Scientific American, January 2006 ]

(32) Christmas Tree Cluster

(33) Monoceros

(34) tight group

(35) resolution

(36) either-or choice

(37) companion stars

(38) the Atacama Large Millimeter Array