السحب الكونية المكونة من الغاز والغبار – هذه هي أماكن ولادة النجوم والكواكب الباردة

حازم كويي

الحوار المتمدن-العدد: 7859 - 2024 / 1 / 17 - 18:47
المحور: الطب , والعلوم
    

هيلموت هورنونغ
ترجمة:حازم كويي

علم الفلك والفيزياء الفلكية
قامت مجموعة سيلفيا سبيتسانو في معهد ماكس بلانك لفيزياء خارج نطاق الأرض في "مركز غارشينك للأبحاث" حيث توجد مختبرات الكيمياء الفلكية، بمراقبة جزيئات مختلفة في السحب الباردة ومحاكاة الكيمياء الكونية في المختبر. والذي يوفر أدلة حول كيفية خلق الأنظمة الشمسية الظروف التي يمكن أن تتطور الحياة في ظلها.
تشرح سيلفيا سبيتسانو: "هنا نعيد خلق الظروف الموجودة في السحب بين النجوم". درست الكيمياء في بولونيا، والحاصلة على الدكتوراه في جامعة كولونيا بعد عام في جامعة هارفارد، وتجري أبحاثاً في مركز الدراسات الكيميائية الفلكية، التابع لمعهد ماكس بلانك تحت إشراف المديرة باولا كاسيلي منذ عام 2015.
ويمكن رؤية بعض الأجسام التي يدرسها مركز الدراسات في السماء بالعين المجردة. على سبيل المثال، في ليلة شتوية صافية في كوكبة أوريون، التي تقف عاليا في السماء الجنوبية بنجومها الثلاثة اللافتة للنظر. قطرياً في الأسفل، في "شماعة السيف"، يلمع ضباب منتشر. في هذا الهيكل، الذي يقع على بعد حوالي 1350 سنة ضوئية من الأرض، تتكتل سحب ضخمة من غاز الهيدروجين تحت جاذبيتها الخاصة وتشكل نجوماً جديدة. ما يحدث هنا على نطاق صغير، وكيف تتشكل النجوم حقاً، لا يمكن اكتشافه إلا من قبل أولئك - مثل سيلفيا سبيتسانو - الذين يتابعون عن كثب، في الصور الملتقطة بواسطة التلسكوبات الكبيرة، يتألق سديم جبار بشكل رائع باللون الأحمر، والسبب في ذلك هو النجوم الشابة الساخنة، والتي بسبب طاقتها الإشعاعية العالية، تسرق إلكتروناتها، على الأقل على المدى القصيرمن المجرة. ذرات الهيدروجين التي تسيطر على مناطق تكوين النجوم، عندما تعود الإلكترونات إلى نواة الذرة، ينبعث ضوء ذو لون محمر مميز.
هذا السديم، المرئي بالضوء البصري، موجود في مجمع أكبر بكثير يسمى OMC-1 ،هذه السحابة الجزيئية التي تهتم بها سبيتسانو وفريقها، تظهر فقط عند أطوال موجية أطول في ضوء الأشعة تحت الحمراء أو في نطاق الإشعاع الراديوي. مثل كل السحب الداكنة، يكون الجو بارداً للغاية، حيث تبلغ درجة الحرارة بضع درجات فوق الصفر المُطلق (ناقص 273.15 درجة مئوية). فهو يحتوي على حوالي واحد بالمائة من الغبار، والكثير من الهيدروجين، والكثير من الجزيئات الأخرى. تخبر الباحثين كثيراً عن العمليات التي تحدث في السحب. لكن الجزيئات هي أيضاً شرط أساسي لتطور الحياة في النظام الشمسي. تختلف الظروف في الكون تماماً عن تلك الموجودة على الأرض، وهذا ينطبق أيضاً على السحب الداكنة. تقول سبيتسانو: "يتعين على الباحثين في الكيمياء الفلكية أن يتخيلوا كيمياء جديدة تماماً".
توجد السحب الداكنة في جميع أنحاء مجرة درب التبانة. إنهم يجمعون كمية كبيرة نسبياً من المادة في مساحة صغيرة، وبالتالي يبتلعون الضوء القادم من النجوم خلفهم مثل ستارة سميكة. وقد ظهرت للباحثين في القرن التاسع عشر على شكل "ثقوب في السماء". تُظهر الصور التي التقطها ماكس وولف في مطلع القرن، العديد من هذه السحب الداكنة. وقد طور عالم الفلك في هايدلبيرغ ورائد التصوير الفلكي، من بين أمور أخرى، أداة إحصائية لتحديد المسافات والأحجام.
في الستينيات، بدأت التلسكوبات الراديوية في البحث بعمق لمثل هذه السحب وعلى وجه التحديد عن الجزيئات هناك؛ إلى جانب الهيدروجين، الأكثر شيوعاً، هو أول أكسيد الكربون.
لأول مرة، كان من الممكن أن نلاحظ بشكل مباشر كيفية هيكلة السحب المظلمة وما هي العمليات التي تحدث فيها حتى يتم تشكيل نجم جديد.
من المعروف،اليوم أن حوالي 300 نوع آخر من الجزيئات موجودة في السحب، وأكثرها تعقيداً تشمل الفوليرين وثنائي ميثيل إيثر. سيلفيا سبيتسانو مفتونة بشكل خاص بحقيقة اكتشاف عدد كبير من الجزيئات العضوية - بما في ذلك الأحماض الأمينية والدهنية - في الكون. "هذه كلها مكونات الحياة. وهي بالفعل في السحاب الذي تولد منه النجوم والكواكب.
وللكشف عن الجزيئات، تستخدم العالمة التحليل الطيفي. يسمح لها بالتعرف على المواد الفردية باستخدام نوع من بصمات الأصابع في الإشعاع الكهرومغناطيسي للسحب الجزيئية. تهتم سيلفيا سبيتسانو بالضوء الراديوي عند الأطوال الموجية المليمترية القصيرة جداً وتدرسه باستخدام التلسكوبات مثل الهوائي الذي يبلغ قطره 30 متراً الموجود في بيكو ديل فيليتا في سييرا نيفادا الإسبانية أو مرصد نويما في هضبة دي بوري في جبال الألب الفرنسية. في الأطياف الراديوية، تكشف الجزيئات الفردية عن نفسها من خلال طاقات معينة تنبعث منها بسبب دورانها. ومن هذا، يُستنتج، من بين أمور أخرى، مدى سطوع السحابة الجزيئية الفلكية عند أي أطوال موجية. العديد من الخطوط الرفيعة الموجودة فيه هي سمة من سمات الجزيئات، التي يمكن التعرف عليها عبر الكتالوغ من خلال الإنترنت.
ويمكن استخدام الخطوط، أي بصمات الأصابع، لتحديد عدد الجزيئات من نوع واحد الموجودة في السحابة، وما هي درجة حرارة الغاز، ومدى كثافته، وكيف يتحرك.
إن عرض الخطوط الطيفية يخبر سيلفيا سبيتسانو، أن أجزاءاً مختلفة من السحابة تدور بسرعة بضعة كيلومترات في الثانية. توفر ديناميكيات الجزيئات معلومات، حول ما إذا كانت السحابة تنهار تحت تأثير جاذبيتها أم أنها تنجرف بعيداً. وهذا ما يقرر في النهاية ما إذا كان النجم سيتشكل في سحابة الغاز والغبار أم لا.
ومن أجل فهم ذلك، يجب على المرء أن يأخذ بعين الاعتبار العمليات التي تحدث بالتفصيل أثناء ولادة النجوم. في حين أن النماذج البسيطة تفترض وجود سحب ولادة كروية، يبدو أن المادة تتجمع في خيوط صغيرة من المادة التي تمر عبر الغاز مثل الأصابع الرفيعة. وقد رصد تلسكوب هيرشل الفضائي الأوروبي مثل هذه الخيوط قبل بضع سنوات. ويبدو أن هذه الهياكل هي غرف الولادة الفعلية للنجوم. وليس واضحاً بعد كيف حدث ذلك. في مرحلة مبكرة دون وجود نواة نجمية في المركز، تتوزع السحابة على نطاق واسع إلى حد ما. إذا تم تجاوز الكتلة الحرجة عند نقطة ما واكتسبت الجاذبية اليد العليا على الضغط الحراري الخارجي للجسيمات، فإنها تبدأ أخيراً في الانهيار تحت تأثير جاذبيتها الخاصة، وتتسابق الجسيمات الآن نحو بعضها البعض.
كيف تتم عملية ولادة النجوم الآن؟ يستغرق الأمر حوالي مليون سنة فقط حتى تتشكل السحابة الجزيئية إلى نجم ناضج. ومقارنة بعمر نجم شبيه بالشمس يبلغ حوالي عشرة مليارات سنة، فإن هذه العمليات تحدث بسرعة. يبدأ كل شيء بسحب منتشرة من المواد بين النجوم. وبسبب درجات الحرارة والجاذبية المنخفضة للغاية، تنكمش هذه الجزيئات وتنقسم في النهاية إلى أجزاء أكثر كثافة تحتوي على حوالي مائة ألف جزئ في السنتيمتر المكعب. للمقارنة: مع وجود عشرة تريليونات جزئ في كل سنتيمتر مكعب، يكون الغلاف الجوي للأرض أكثر كثافة، ولكنه أيضاً أكثر دفئاً بشكل ملحوظ من الغاز بين النجوم. وفي النوى النجمية الناتجة، والتي يبلغ حجمها 0.3 سنة ضوئية، تصل درجات الحرارة إلى 263 درجة مئوية تحت الصفر. إذا أصبحت النوى غير مستقرة بسبب الجاذبية، فإنها تنهار مرة أخرى وتشكل النجوم الأولية.
وتكون هذه في البداية مغروسة بعمق في قشرة سميكة من الغاز والغبار. يتكون الغبار بشكل أساسي من جزيئات صغيرة من الغرافيت والسيليكات. هذه لا تحتوي إلا على جزء من عشرة آلاف من قطر حبيبات الغبار الموجودة على الأرض. تتشكل العديد من الجزيئات بالقرب من النجم الأولي. بالإضافة إلى ذلك، تتدفق المواد من السحابة الأم الباردة إلى مركز النواة، حيث تصبح المادة أكثر كثافة وتشكل قرصاً يغذي النجم الأولي الشاب في المركز. لاحظ الباحثون في معهد ماكس بلانك لفيزياء خارج كوكب الأرض والمعهد الفرنسي لعلم الفلك الراديوي المليمتري، كيفية عمل ذلك منذ بعض الوقت. واستخدموا نظام هوائي Noema لفحص نظام ثنائي نجمي أولي في سحابة جزيئية في برشاوس - تتشكل النجوم غالباً في مجموعات - ولاحظوا جسراً مادياً مضيئاً يربط المنطقة الخارجية للغلاف بالمنطقة الداخلية. وبفضل هذا "الحزام الناقل"، يزداد جنين النجم بشكل مطرد من حيث الكتلة والكثافة ودرجة الحرارة. تقول باولا كاسيلي، مديرة ماكس بلانك: “إن الجزئ الذي أستخدمناه لاكتشاف الحزام الناقل الكوني له الصيغة الهيكلية HCCCN، مما يعني أنه يحتوي على ثلاث ذرات كربون”.
غالباً ما يراقب علماء الفلك مناطق على شكل قرص حول النجوم الأولية، والتي توفر، وفقاً للنماذج النظرية، ظروفاً جيدة لولادة الكواكب. في الواقع، وفقاً لنتائج الأبحاث، يبدأ نموها بينما لا تزال الشمس المركزية نفسها في مرحلة النضج. "كنا نعتقد أن النجوم نشأت أولاً ثم كانت في الأساس أمهات للكواكب التي جاءت لاحقاً. يقول دومينيك سيغورا كوكس، الذي كان يعمل في معهد ماكس بلانك للفيزياء خارج الأرض في ذلك الوقت: "إن النجوم الأولية والكواكب تتطور معاً مثل الأشقاء منذ الطفولة المبكرة". وفي مرصد ألما في جبال الأنديز التشيلية، تمكنت مجموعتها من الحصول على صورة تفصيلية تظهر قرصاً نجمياً أولياً فيه عدة فجوات وحلقات غبار حول النجم IRS 63، الذي يبلغ عمره أقل من 500 ألف عام. هذا لم ينته بعد - سيستمر في إمتصاص الكتلة. وبمجرد أن ترتفع درجة الحرارة في قلبه إلى حوالي عشرة ملايين درجة، يشتعل الاندماج النووي، ويُحول الهيدروجين إلى هيليوم. ثم تشرق شمس جديدة في الفضاء.
ومن أجل الحصول على صورة شاملة لتطور النجوم، تقوم المجموعة في غارشينك بدراسة عدة سحب في مراحل مختلفة وبشكل دائم. تمت ملاحظة العديد من هذه الأشياء وتصنيفها في الثمانينيات. تقول سبيتزانو: "في الفضاء، هناك، إذا جاز التعبير، غرف ولادة مع أطفال وبدونهم، أي سحب داكنة مع نجوم وبدونها". وفي كلتا الحالتين، سجل الباحثون بصمات عشرات الجزيئات المختلفة في الأطياف. ولكن هناك اختلافات: يمكن العثور على جزيئات في بعض السحب لا توجد في غيرها. يمكن أن تختلف كميات المادة أيضاً. السبب: كما ذكرنا سابقاً، حيث يلاحظ علماء الفلك السحب في مرحلة مختلفة من التطور.
تستشهد سيلفيا سبيتسانو بالميثانول كمثال: في السحب التي لا تحتوي على نجم، تكون درجات الحرارة في المركز منخفضة، وتتم الكيمياء على الجليد، إذا جاز التعبير، ولا يوجد الميثانول الغازي إلا بكميات صغيرة. ومع ذلك، إذا تألق نجم في السحابة، فإن درجات الحرارة المركزية تكون أعلى بالمقابل. يذوب الجليد - يتم الآن إطلاق الميثانول المرتبط سابقاً ويصبح مرئياً وقابلاً للقياس بكميات كبيرة.
الجزيئات الواقعة بين النجوم في المختبر.
تقول سبيتزانو: "إننا نحاول جمع قطع العديد من الألغاز معاً لتكوين صورة شاملة". يؤدي هذا إلى اكتشاف مثير للاهتمام: "يشع النجم الأولي طاقة وبالتالي يؤثر على محيطه. قد يعتقد المرء في الواقع أن هذا من شأنه أن يدمر بالكامل المخزون الحالي من الجزيئات داخل السحابة. "ومع ذلك، هذا ليس هو الحال. بل إن العديد من الجزيئات تنجو من الإشعاع وتندمج في الكواكب النامية. "حدث ذلك منذ حوالي 4.6 مليار سنة عندما ولد نظامنا الكوكبي. في بعض الأحيان تظهر في الأطياف جزيئات غير مدرجة في أي كتالوك. تقول سبيتزانو: "لذلك فإننا نسمي هذه البصمات غير المعروفة في البداية بخطوط U، وتعني "u" غير معروف". في المختبرعلى العكس من ذلك، يمكن للباحثين إنشاء جزيئات غير معروفة سابقاً في ظل ظروف قاسية، وقياس توقيعها الطيفي وبالتالي تعيينها على خط U.
على سبيل المثال، اكتشف الباحثون في مركز البحوث، مع زملائهم من إيطاليا، البروبارغيلمين، في سحابة بالقرب من مركز المجرة. يحتوي الجزئ على الصيغة الكيميائية المعقدة HCCCHNH وهو غير مستقر للغاية، ومن الصعب عزله في الظروف العادية على الأرض. ومع ذلك، عند الكثافات ودرجات الحرارة المنخفضة جداً النموذجية للوسط بين النجوم، والذي يجريه فريق سيلفيا سبيتسانو أبحاثه في المختبر، يظل مستقراً تماماً. ويلعب هذا النوع الكيميائي دوراً أساسياً في تكوين الأحماض الأمينية، التي تعد من أهم مكونات الحياة. كما سجلت جوديت فيرير أسينسيو، وهي طالبة سبيتسانو، هدفاً. حيث اكتشفت الأسيتالديهيد المخفف (للكيميائيين: CHD2CHO) - أولاً في المختبر، ثم لاحقاً في سحابة جزيئية.
وهذا يوضح مدى أهمية العمل المخبري. وبالإضافة إلى الملاحظة النظرية، فهو الركيزة الثالثة للبحث في مركز الدراسات الكيميائية الفلكية. إن الأنبوب الزجاجي الذي يبلغ طوله ثلاثة أمتار هو قلب كاساك، وهو أحد أجهزة قياس الطيف المتعددة الموجودة في قبو المعهد. يقوم النظام بفحص البصمات الطيفية للجزيئات في الطور الغازي، والتي يمكن أيضاً توليدها في البلازما داخل الخلية الزجاجية. يسجل التحليل الطيفي نطاقاً موجياً يتراوح من 0.3 إلى 4 ملم. في غرفة أخرى توجد أداة تسمى Cas-Ice. هنا، تقوم آلة الآيس كريم المسماة "Coldfinger" برفع الجزيئات إلى درجة حرارة قصوى تصل إلى 268 درجة مئوية تحت الصفر. باستخدام Cas-Ice، يقوم الباحثون بفحص مخاليط مختلفة من المواد المجمدة في الجزء تحت الأحمر من الطيف. تسمح الأداة، من بين أمور أخرى، بإجراء مقارنة مباشرة مع ملاحظات الجليد الكوني التي يقدمها تلسكوب جيمس ويب.
في عام 2023، سجل هذا المرصد الفضائي أيضاً ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي للكوكب لأول مرة. تتسع الخطوط الطيفية للجزئ بمجرد زيادة الضغط - على سبيل المثال بسبب وجود جزيئات أخرى مثل الهيدروجين أو الماء أو النيتروجين أو الأوكسجين.
في المختبر، يقوم فريق سبيتسانو بحقن هذه الجزيئات في جو إصطناعي ويقارن عرض الخط المتغير لثاني أوكسيد الكبريت مع قياسات تلسكوب جيمس ويب. تقول سيلفيا سبيتسانو: "في المستقبل، سنستخدم هذه الطريقة لإعادة إنشاء الأغلفة الجوية المعقدة للكواكب الصغيرة الشبيهة بالأرض". وتتناول مثل هذه التجارب أيضاً سؤالاً أساسياً لا يهم باحث ماكس بلانك فحسب، بل يوجه الكيمياء الفلكية في النهاية: كيف جاءت الحياة إلى العالم؟

#حازم_كويي (هاشتاغ)      

---

اشترك في قناة ‫«الحوار المتمدن» على اليوتيوب
حوار مع الكاتب البحريني هشام عقيل حول الفكر الماركسي والتحديات التي يواجهها اليوم، اجرت الحوار: سوزان امين	حوار مع الكاتبة السودانية شادية عبد المنعم حول الصراع المسلح في السودان وتاثيراته على حياة الجماهير، اجرت الحوار: بيان بدل

كيف تدعم-ين الحوار المتمدن واليسار والعلمانية على الانترنت؟

تابعونا على:

الفيسبوك

التويتر

اليوتيوب

RSS

الانستغرام

لينكدإن

تيلكرام

بنترست

تمبلر

بلوكر

فليبورد

الموبايل

كيفية إشراك-إيصال مواضيعكم أو مواضيع تهمكم  إلى اكبر عدد ممكن من القراء والقارئات