أسرار الغبار الكوني: كيف تُشكل النجوم الهائلة أصغر لبنات بناء الكون

الشرق الأوسط - وكالة أنباء إخباري

أسرار الغبار الكوني: كيف تُشكل النجوم الهائلة أصغر لبنات بناء الكون

في قلب الميكانيكا الكونية، يلعب الغبار النجمي دورًا محوريًا لا غنى عنه في تشكيل النجوم والكواكب، وفي نهاية المطاف، ظهور الحياة. تُعد النجوم المسنة مصانع غزيرة للغبار، حيث تقذف هذه الجسيمات الدقيقة إلى الوسط بين النجمي (ISM)، حيث يتم دمجها في الأجيال اللاحقة من النجوم والكواكب. هذه العملية هي الأساس الذي تبذر به النجوم بيئاتها بالمعادن، أي العناصر الأثقل من الهيدروجين والهيليوم، والتي تعتبر ضرورية لتكوين الكواكب الصخرية وظهور الحياة.

لطالما سعى علماء الفلك إلى فهم آليات إنتاج هذا الغبار النجمي وكيفية انتشاره عبر الكون. وفي هذا المسعى، أثبتت أنظمة النجوم الثنائية من نوع وولف-رايت (WR) أنها مختبرات طبيعية لا تقدر بثمن. تتميز نجوم وولف-رايت بكتلتها الهائلة ودرجة حرارتها المرتفعة للغاية، حيث تقوم رياحها النجمية القوية بنفخ أغلفتها الخارجية من الهيدروجين، كاشفة عن طبقاتها الداخلية الغنية بالهيليوم والكربون.

تكتسب دراسة الغبار في الأزواج الثنائية التي تضم نجم وولف-رايت أهمية خاصة نظرًا للكميات الهائلة من الغبار التي تولدها هذه النجوم. في النظام الثنائي، يصبح هذا الأمر أكثر فائدة. فبينما تكون الرياح من نجم وولف-رايت منفرد حارة جدًا ومنتشرة جدًا لتتكثف إلى غبار، فإن الوضع يتغير بشكل دراماتيكي في سيناريو النجم الثنائي، خاصة عندما يكون النجم الثاني من نوع O. في هذه الأنظمة، تتصادم الرياح النجمية القوية من النجمين، مما يؤدي إلى تشكيل منطقة صدمة كثيفة من الغبار تكون أكثر سمكًا من أي رياح منفردة. تسمح هذه التكوينة للغاز بالتبرد بسرعة وتكوين كميات هائلة من الغبار، مما يفسر سبب اعتبار ثنائيات وولف-رايت مختبرات طبيعية مثالية لدراسة الغبار.

ومع ذلك، لم تكن الملاحظات السابقة خالية من التناقضات. عند رصد هذه الأنظمة النجمية الثنائية، قاس علماء الفلك حجم حبيبات الغبار ووجدوا نتائج متضاربة؛ بعض هذه الأنظمة الثنائية تنتج حبيبات أكبر، بينما تنتج أنظمة أخرى حبيبات دقيقة جدًا فقط. هذه الاختلافات في حجم الحبيبات ليست مجرد تفاصيل فنية؛ إنها حاسمة لأن حجم الحبيبات يؤثر على كيفية تفاعلها مع الضوء، ونوع الكيمياء التي يمكن أن تحدث على أسطحها، وحتى كيفية تشكيل الكواكب.

في سعيها لحل هذه التناقضات، استخدم فريق من العلماء، بقيادة دونجلين وو، مرصد ALMA وتلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) معًا في بحث جديد بعنوان "تقييد خصائص الغبار المتكون في الثنائي وولف-رايت WR 112 باستخدام ملاحظات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة والميليمترية". وقد نُشر هذا العمل في مجلة الفيزياء الفلكية، وهو يركز على WR 112، وهو نجم ثنائي من نوع WR/OB معروف بأنماط الغبار المعقدة التي كشفت عنها الملاحظات السابقة من مرصد كيك ومراصد أخرى.

على الرغم من أن WR 112 قد تم رصده غالبًا، إلا أن هذه هي المرة الأولى التي يُدرس فيها باستخدام النطاق 6 الحاسم لـ ALMA، والذي يعتبر "نطاق العمل" لأنه يجعل الغبار والغاز الباردين مرئيين للغاية. كما لعبت ملاحظات JWST دورًا محوريًا في هذا البحث. أوضح الباحثون: "من خلال الجمع بين ملاحظات ALMA وصور تلسكوب جيمس ويب الفضائي، تمكنا من تحليل التوزيع الطيفي الطاقي (SED) لـ WR 112 بدقة مكانية". يكشف التوزيع الطيفي الطاقي للنجم وغباره عن معلومات حيوية حول حجم الحبيبات وتركيبها وخصائصها الأخرى.

كشفت الملاحظات أن غالبية حبيبات الغبار أصغر من ميكرومتر واحد، وأن هياكل الغبار الممتدة لـ WR 112 تهيمن عليها حبيبات بحجم النانومتر. يشير هذا إلى وجود مجموعتين من أحجام حبيبات الغبار. وأوضح الباحثون: "من بين أربعة طرق لتحديد توزيع نصف قطر الحبيبات التي اختبرناها، فإن التوزيع ثنائي النمط، مع حبيبات نانومترية وفيرة ومجموعة ثانوية من حبيبات بحجم 0.1 ميكرومتر، يعيد إنتاج SED المرصود بشكل أفضل". يفسر هذا التوزيع ثنائي النمط سبب إنتاج ملاحظات حبيبات الغبار السابقة لنتائج متضاربة. وعلّق المؤلف الرئيسي وو في بيان صحفي قائلاً: "من المدهش أن نعرف أن بعض أضخم النجوم في الكون تنتج بعضًا من أصغر جسيمات الغبار قبل أن تموت. الفرق في الحجم بين النجم والغبار الذي ينتجه يبلغ حوالي الكوادرليون إلى واحد".

على الرغم من النجاح في تحديد التوزيع ثنائي النمط، لم يتمكن الباحثون من استنتاج سبب وجوده، لكنهم افترضوا أنه قد ينطوي على تصادمات جسيمية. كتب المؤلفون: "يمثل تفسير كيفية دفع النظام إلى توزيع ثنائي النمط تحديًا. يمكن أن تحدث التصادمات بسبب الاضطرابات في الغاز، لكن من غير المؤكد كيف يمكن أن تؤدي إلى توزيع ثنائي النمط". ويؤكد الباحثون أن فرز هذه المسألة سيتطلب المزيد من العمل والنمذجة.

بينما تهتم الكثير من الفلك بالأجسام الضخمة مثل النجوم والمجرات والثقوب السوداء الهائلة، تلعب حبيبات الغبار الدقيقة دورًا هائلاً في الكون. على سبيل المثال، يتشكل الهيدروجين الجزيئي الذي يشكل النجوم أولاً على حبيبات الغبار الدقيقة، وتشير الأبحاث إلى أن حبيبات الغبار الأصغر تسرع من تكوينه. كما أن قدرة حبيبات الغبار على الالتصاق ببعضها البعض مهمة؛ فالحبيبات الصغيرة تلتصق بسهولة أكبر، مما يؤثر على كيفية تشكيل الكواكب حول النجوم. يقر المؤلفون ببعض التحذيرات في عملهم، موضحين أن تحديداتهم لأحجام الحبيبات "مبسطة بالضرورة"، وأن المزيد من البيانات سيتيح لهم اختبار توزيعات أحجام أخرى أكثر تعقيدًا. ويختتمون قائلين: "ستكون الملاحظات المستقبلية ذات الجودة العالية حاسمة لتحسين هذه القيود، وسيكون توسيع نهجنا ليشمل ثنائيات WC الأخرى ضروريًا لتطوير فهم أوسع لإنتاج الغبار في هذه الأنظمة".

وكالة أنباء إخباري