تُعتبر معظم النجوم في مجرة درب التبانة نجومًا ثنائية، حيث تشكل العلاقات الثنائية مستقبل النجوم فيها. يسعى علماء الفلك إلى فهم المزيد حول العمليات التي تولد النجوم الثنائية وتأثيراتها. لتحقيق هذا الهدف، يتعين عليهم العثور على النجوم الثنائية الأولية الشابة ومراقبتها.

تقريبًا 25-30% من النجوم القزمة من النوع M، و45-50% من النجوم الشبيهة بالشمس، و50-70% من النجوم من النوع A هي ثنائيات. أما بالنسبة للنوع الأكثر ضخامة وهو النجوم من النوع O/B، فتصل النسبة إلى 75% وقد تتجاوز 90%.

تشير الأبحاث إلى أن هناك ثلاث طرق رئيسية تتبعها النجوم لتصبح ثنائيات: تجزئة القرص، الالتقاط، والتجزئة الأساسية. عند النظر في كيفية تشكل الأنظمة الثنائية، يسعى الباحثون لتحديد ما إذا كانت هذه النظريات تتوافق مع ما تم رصده في العمق. تلعب النجوم الضخمة دورًا حيويًا في الكون من خلال تصنيع العناصر الثقيلة ونشرها في الفضاء، مما يجعل فهم كيفية تشكلها وتطورها في الثنائيات أمرًا مهمًا.

في دراسة جديدة نُشرت في مجلة Nature Astronomy، استخدم علماء الفلك ALMA لمراقبة نظام ثنائي ضخم أثناء تشكله. عنوان البحث هو “بروتين ثنائي ضخم غريب الأطوار تم تجميعه من خلال مواجهة قطع مكافئ اندماج أساسي.” المؤلف الأول للدراسة هو ياو وانغ، من قسم علم الفلك في كلية الفيزياء وعلم الفلك بجامعة شنغهاي جياو تونغ في الصين.

ذكر الباحثون في الدراسة أن “معظم النجوم الضخمة تتشكل في أنظمة ثنائية، مما يؤثر بشكل كبير على تطورها اللاحق”. ومع ذلك، لا يزال كيفية تشكل هذه الأنظمة غير مفهوم جيدًا، مع وجود العديد من النظريات المتنافسة التي تشمل تجزئة القرص والتجزئة الأساسية والالتقاط.

في حالة تجزئة القرص، يتشكل نجم واحد أولاً، مما ينتج رفيقًا ثنائيًا. هذه العملية تُنتج ثنائيات متقاربة ذات كتل متشابهة جدًا. بينما في تجزئة النواة، يتم تقسيم سحابة الغاز المنهارة إلى النوى المختلفة، مما يؤدي إلى تشكل نجم ثنائي.

أما في المسار الثالث، فتتعامل الديناميكيات ما بعد التشكيل. في بعض الأحيان، يتواجد عدة نجوم في النظام، ويؤدي تفاعلها واحتكاكها إلى تقليص المسافات بين النجوم، مما يجعلها ثنائيات.

“توضح هذه الدراسة أن الحياة المبكرة للنجوم يمكن أن تكون فوضوية تمامًا، حيث يؤدي اللقاء العشوائي بينها إلى رقصة الجاذبية والاقتران النجمي.” – جوناثان سي. تان، من جامعة فيرجينيا.

أوضح المؤلفون أن “تحديد البنى المدارية للثنائيات الضخمة، خاصة خلال المراحل المبكرة التي يتم فيها دمجها، يُعتبر أمرًا بالغ الأهمية لتفريق هذه المسارات التكوينية. لكن القياسات المباشرة لحركاتها ثلاثية الأبعاد ظلت صعبة بشكل استثنائي”.

تركز هذه الدراسة على IRAS 07299−1651، وهو نظام ثنائي من النجوم الشابة الضخمة يقع على بعد حوالي 5500 سنة ضوئية. رُصد النظام لأول مرة من قبل الباحثين عام 2019 باستخدام ALMA. وقد دعمت هذه الملاحظات فكرة أن زوج النجوم قد تشكل من تفكيك قرص واحد، ولكن كانت هناك شكوك بشأن الانحراف في محاذاة الأقراص المحيطة بالنجمين.

استخدم الباحثون عمليات الرصد الراديوي من ALMA والمصفوفة الكبيرة جدًا، ودمجوها مع ملاحظات الأشعة تحت الحمراء من تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) وVLT. كانت ملاحظات الأشعة تحت الحمراء حاسمة، إذ سمحت للعلماء باكتشاف النفاثات القادمة من النجوم ورصد اتجاهها في الفضاء بالنسبة لأقراصها. قام الباحثون بتتبع تحركات كلا النجمين لمدة ثماني سنوات تقريبًا، مما سمح لهم بخلق صور مفصلة ثلاثية الأبعاد للنظام.

قال ييتشن تشانغ، المؤلف المقابل للدراسة: “للمرة الأولى، تمكنا من مشاهدة نجمين ضخمين يتحركان حول بعضهما البعض أثناء ولادتهما”.

تظهر الصور التفصيلية أن زوج النجوم يتبع مدارًا طويلًا ومحاطًا بأقراص غازية ذات ميول قوية. الأقراص مائلة بشكل مزدوج: واحدة بالنسبة لمدار النجوم والأخرى بالنسبة لبعضها البعض.

قال روبين فيدرياني، المؤلف المشارك في الدراسة: “كشف كل تلسكوب عن قطعة مختلفة من اللغز، إن الجمع بين عمليات رصد الراديو والأشعة تحت الحمراء يوفر تفاصيل رائعة حول تشكيل هذا النظام الثنائي الضخم”.

وصف ياو وانغ، المؤلف الأول للدراسة، العملية بقوله: “لقد كان الأمر أشبه بحل لغز ثلاثي الأبعاد، إذ أضافت كل ملاحظة جديدة قطعة أخرى، وفي النهاية اتحد المدار والأقراص والنفاثات في صورة واحدة متماسكة”.

أوضح المؤلفون أن تجزئة القرص لا يمكنها تفسير هذه النتائج بشكل كاف. وبالرغم من بعض الشكوك حول الحلول المدارية، كتبوا أن المدار شديد الانحراف، ويكاد يكون مكافئًا. كما تمت ملاحظة اختلال كبير في محاذاة الأقراص النجمية مع المستوى المداري الثنائي.

خلص الباحثون إلى أن “الحلول المدارية المفضلة” تشير إلى قرب النظام الثنائي من حدود هامة، مما يعني أنه يمكن أن يكون غير مقيد أو مقيد. وهذا يتوافق مع تشكل النجوم بإحدى طريقتين: من خلال التجزئة في مناطق مرتبطة بشكل هامشي بسحابة مشتركة أو من مراكز غير مرتبطة بدأت مؤخرًا اللقاءات القريبة.

تستنتج الدراسة بأن الأحداث المتعلقة بتكوين النجوم الضخمة تحدث خلال فترة زمنية قصيرة نسبيًا، ومع ذلك، يبدو أن ذلك لم يحدث في IRAS 07299−1651. بل عوضًا عن ذلك، واجهت النوى غير المرتبطة تصادمًا شكّل مدارها وأقراصها.

وفي الختام، يوحي المقال بأن عملية الاندماج الأساسية قد تمثل مسارًا مهمًا لتشكيل ثنائيات ضخمة غريبة الأطوار، حيث كتب المؤلفون: “تفسير هذه الخصائص بشكل طبيعي يمكن أن يتم عبر سيناريو الاندماج الأساسي”.