في عام 1985، كتب الفيزيائي هاينز ر. باجلز: “النجوم مثل الحيوانات في البرية. قد نرى صغارًا، لكن لا نرى الولادة الفعلية أبدًا، وهو حدث مستتر وسري”. وفي العقود التي تلت ذلك، اقترب علماء الفلك أكثر فأكثر من معرفة ما يحدث بالفعل في الحضانة النجمية المحجوبة في جميع أنحاء الكون. إن قصة ولادة النجوم التي نعرفها اليوم تستحضر انهيار سحب الغاز والغبار في نوى ما قبل النجم، ولكن لا يزال هناك الكثير من الأمور المجهولة، مثل دور المجالات المغناطيسية في السحب التي تولد فيها النجوم.
استخدم باحثون من جامعة كيوشو ومعهد ماكس بلانك لفيزياء خارج الأرض تقنيات علم الفلك الراديوي لدراسة تأثير المجال المغناطيسي في نوى النجوم. أوضحت الباحثة الرئيسية دوريس أرزومانيان في كيوشو النتائج التي توصل إليها فريقها باستخدام معهد علم الفلك الراديوي في المدى المليمتري (IRAM) لدراسة نواة نجمية تسمى L1544. وتقع في منطقة من مجرة درب التبانة تسمى مجمع الثور الجزيئي. وعلى مسافة 140 فرسخ فلكي، فهي واحدة من أقرب مناطق تشكل النجوم إلى الأرض.
تمثيل رسومي للانجراف المحايد للأيونات في قلب النجم L1544. تمثل الخطوط الزرقاء خطوط المجال المغناطيسي، التي تنحني بسبب تقلص جاذبية النواة. تصور النقاط الحمراء والخضراء الأنواع الجزيئية الأيونية والمحايدة، على التوالي، وتتتبع الأسهم حركة تدفقها نحو المركز الأساسي (كلما زادت سرعة انتقالها، زادت طول الأسهم). بينما في الجزء الخارجي من النواة، ترتبط كل من الأيونات والمحايدة بخطوط المجال المغناطيسي، داخل الجزء الداخلي من النواة، تنفصل المحايدة عن خطوط المجال المغناطيسي وتسقط بشكل أسرع مقارنة بالأيونات، التي تظل متصلة بخطوط المجال. هذا الفصل المحايد للأيونات، والمعروف باسم الانتشار القطبي، ضروري لبداية الانهيار الجاذبي لنواة النجم السابق، والذي سينتج نجمًا أوليًا في مركزه وفي النهاية نظامًا نجميًا مشابهًا لنظامنا الشمسي. الائتمان: أرزومانيان، وآخرون.
وقال أرزومانيان: “إن النوى النجمية هي أجسام نجمية رائعة”. “إنها كثيفة وباردة، ومصدر لكثير من الكيمياء المعقدة. تسمح البيئة الباردة للجزيئات بالتجمع في جزيئات أكثر تعقيدًا مثل سلائف الجزيئات العضوية قبل الحيوية. أحد الأسئلة التي ندرسها هو دور المجالات المغناطيسية في تكوين النجوم. تتخلل المجالات المغناطيسية القوية نوى النجوم. إذا كان هذا المجال قويًا جدًا، فيمكن أن يؤخر انهيار الجاذبية وبالتالي تكوين النجوم. أردنا التحقيق في كيفية تقليل النوى النجمية من قوة مجالها المغناطيسي.”
وكانت نتيجة بحث الفريق اكتشاف ظاهرة تسمى “الانتشار القطبي”. يحدث هذا عندما تنفصل الجزيئات المحايدة في البلازما عن البلازما. في السحب الجزيئية التي هي على الأرجح موطن لحضانات النجوم، هناك جسيمات محايدة وكمية من الغاز المتأين جزئيًا حيث تقترن الأيونات بقوة بالمجالات المغناطيسية التي تمر عبر السحابة. تتفاعل الجسيمات المحايدة مع المجال المغناطيسي المضمن بشكل غير مباشر من خلال الاصطدامات، لذلك يمكن قياس سرعاتها. تعطي دراسات مثل دراسة أرزومانيان رؤى أساسية حول نشاط الجزيئات في القلب ومجالاتها المغناطيسية.
البحث عن التتبع الجزيئي
تعتبر نوى النجوم ما قبل النجوم مناطق باردة، على الرغم من حقيقة أنها تتحد لتشكل نجوم المستقبل. يمكن أن تكون في أي مكان من 10 إلى 30 درجة كلفن (حوالي -263 درجة مئوية إلى -243 درجة مئوية). وهذا بارد بما يكفي لتجميد الجزيئات وتحولها إلى حبيبات غبار، مما يحجبها بشكل أساسي عن التحليل الأعمق. لذلك، بحث الفريق عن جزيئات أخرى لتكون بمثابة “متتبعات” للنشاط. قالت عضوة الفريق سيلفيا سبيتسانو Silvia Spezzano، قائدة المجموعة في معهد ماكس بلانك لفيزياء خارج الأرض: “لقد اخترنا Diazenylium-d1 (N2D+)، وهو أيون، والأمونيا شبه الأحادية (para-NH2D)، وهو جزيء محايد، كأدوات تتبع لدينا لأنها تقع عمومًا في مناطق مماثلة عالية الكثافة داخل نوى النجمي”. “لذلك قمنا بجمع البيانات الطيفية للنواة وقمنا بنمذجة سرعة الجزيئين.”
وكانت النتيجة وجود فرق واضح جدًا في السرعة بين تلك الجزيئات يبلغ حوالي 0.05 كيلومتر في الثانية، وهو ما فسره الفريق على أنه “انجراف أيوني محايد”. يحدث هذا مع زيادة كثافة نواة النجم أثناء التراكم. يتم حمايته من الإشعاع، وهذا يضع مثبطًا للتأين. والنتيجة النهائية هي أن الاقتران بين الجزيئات والمجال المغناطيسي المدمج يصبح أضعف. وعندما تسقط الجسيمات المحايدة باتجاه مركز قلب النجم، فإنها تتسارع. وفي هذه الأثناء، تظل الأيونات مقترنة بالمجال المغناطيسي، مما يسبب اختلاف السرعة. هذه العملية هي انتشار ثنائي القطب، وكان من الصعب مراقبتها. وقال أرزومانيان: “حتى الآن، كانت مراقبة هذه الظاهرة في نواة ما قبل النجم تحديًا كبيرًا”. “مع استمرار الانتشار القطبي، تتناقص قوة المجال المغناطيسي. وفي نهاية المطاف، تصبح الجاذبية القوة الدافعة الأساسية في النواة، مما يؤدي إلى انهيار الجاذبية إلى نجم أولي.”
البحث عن الانتشار ثنائي القطب في جميع الأماكن الصحيحة
ولتأكيد النتائج التي توصلوا إليها، يأمل الفريق في مراقبة النوى النجمية الأخرى باستخدام تقنيات علم الفلك الراديوي، بالإضافة إلى مبادئ فيزياء الغبار والكيمياء الفلكية، وفقًا لأرزمانيان. يجب فحص عينة أكبر من النوى النجمية لدراسة الأزواج المحايدة للأيونات في النوى في مراحل مختلفة من التطور. ستوفر الدراسات الإحصائية أيضًا طريقة لتقييم تأثير هندسة المجال المغناطيسي وهياكل الكثافة في هذه النوى، إلى جانب تأثيرات أخرى. يقترح الفريق أيضًا أن الدراسات المستقبلية يمكن أن تركز على سرعات الانجراف المحايدة للأيونات في الهياكل الأخرى في مناطق تكوين النجوم، مثل الخيوط الكثيفة.
يجب أن تعطي مثل هذه الملاحظات رؤى جديدة، وتكشف بشكل أساسي الحجاب عن جوانب أخرى من تكوين النجوم وفهمًا لقوة المجال المغناطيسي ثلاثي الأبعاد في النوى، والمزيد من الأفكار حول تطور توزيع حجم الغبار داخل النوى النجمية أثناء استمرارها في طريق تكوين النجوم. قال أرزومانيان: “إن فهم تكوين النجوم يعالج سؤالاً أساسيًا حول أصل الحياة في الأنظمة الكوكبية ويساعدنا على فهم الكون ككل بشكل أفضل”.
لمزيد من المعلومات
التقاط “الانجراف” الكوني قبل ولادة النجم
التحقق من سرعة الانجراف الأيوني المحايد نحو قلب النجم L15445
هاينز ر. باجلز (1985). “التماثل المثالي: البحث عن بداية الزمن”، سايمون اند شوستر
