كيف تنشأ النجوم؟

النجوم، على غرار شمسنا، ليست موجودة منذ الأزل。تنشأالنجوموتنهارعبرملايينأوحتىملياراتالسنين。تنشأالنجومعندماتنهارتجمعاتمنالغباروالغازفيالمجرةبفعلالجاذبية。بدون هذا الغبار وتلك الغازات، لن تتكون النجوم。

الحضانات الغبارية للنجوم

لاتحتويالمجرةعلىملياراتالنجومفقط،بلتحتويأيضًاعلىكمياتكبيرةمنالغازوالغبار。تقعتلكالتجمعاتمنالغازوالغبارفيالمجرةبينالنجوم。إذاكانتالمجرةعبارةعنشارع،فستكونالنجومهيالمنازلوستكونتجمعاتالغازوالغبارهيالحدائقبينالمنازل。يُسمى الفضاء بين النجوم في المجرةالوسط بين النجمي،لأنههوالوسط،أوالمادةالتييتكونمنهاالفضاءبينالأجسامالنجمية。

وتُسمىتجمعاتالغازوالغبارسحبًاجزيئية،بسببماتحتويهمنمكونات。تتكونالسحبالجزيئيةمنخليطمنالذراتوالجزيئاتوالغبار。الذرات هي أصغر وحدة بناء لكل المواد المحيطة بنا。تتكون الجزيئات من ذرتين أو أكثر مجتمعين معًا。الجزيئاتالتيتتكونمنهاالسحبالجزيئيةتكونعادةًجزيءالهيدروجين،H₂،لكنهيمكنأنيكونأيضًاجزيئًاأكثرتعقيدًا،مثلالميثانول،الذييتكونمنستذرات،أوالماء،الذيتتكونمنثلاثذرات。حتىحبيباتالغبارتعتبركتلًاأكبرمنالمادةوقديصلحجمهاإلىبضعةملِّيمترات،وهيضخمةمقارنةًبالذراتوالجزيئات،وتكونالسحبالجزيئيةفيالوسطبينالنجميكبيرة。

فيالواقع،يمكنأنتكونسحابةجزيئيةواحدةأثقلآلافالمراتمنالشمس،وتتنوعأحجامهاأيضًا:فقدتكونالسحابةالجزيئيةبحجم نظامنا الشمسي بالكامل أو أكبر منه بأضعاف。تشهد تلك السحب الجزيئية الضخمة حركات مضطربة。وهذايعنيأنالغازوالغبارالموجودداخلالسحبلايبقىفينفسالمكانبمرورالوقت。تتحركتلكالموادفيجميعالاتجاهات،مثلالطفلالذييركضفيجميعأنحاءساحةالمدرسة。تتولىتلكالحركةالمضطربةتوزيعالغازوالغباربشكلغيرمتساوٍ،لذاستحتويبعضالمناطقفيالسحابةالجزيئيةعلىمادةأكثرمنالموجودةفيمناطقأخرىالشكل1．إذاتجمعالغازوالغبارفيمستوىعالٍللغايةفيمنطقةمعينة،فستبدأتلكالمنطقةفيالانهياربفعلقوةالسحبالناتجةعنجاذبيتها。تكونتلكالمنطقةأصغرمنالسحابةالجزيئيةوتعيشبداخلها。يبلغ حجم المنطقة“فقط”بضع مئات منالوحداتالفلكية(来自)،وهيأكبرمنالمسافةبينالأرضوالشمسببضعمئاتمنالمرات。

السحابة الجزيئية المنهارة

السحابةالجزيئيةباردةللغاية،حيثتزيددرجةحرارتهاببضعدرجاتفقطعنالصفرالمطلق،وهوأقلدرجةحرارةممكنة(ويُسمىأيضً0دارجةكلفن)،لكنعندمايبدأالغازوالغبارفيالانهيارداخلمنطقةمنالسحابةالجزيئية،تزداددرجةحرارتهاببطء。وذلكوفقًالقانونالفيزياءالذييخبرنابأنهعندماتتعرضالمادةللضغط،ستزدادكثافتهاوستأخذدرجةحرارتهافيالارتفاع。ستكوندرجةحرارةالحافةالخارجيةمنالمنطقةالمنهارةحوال10ديرجاتفوقالصفرالمطلق(ويُسمىأيضً10دارجاتكلفن)،وسترتفعدرجةحرارةالمنطقةالداخليةببطءحتىتصلإلىحوال300ديرجةكلفن،ممايعادلدرجةحرارةالغرفةتقريبًا。

عندماتصلالمنطقةالمنهارةإلىحج10000ومحدةفلكيةتقريبًا،تُسمىالنواةالنجميةالأولية(الشكل1 b) وتصبح رسميًا نجمًا في طور التكوين。اًفيطورالتكوينكلمة”نجمي”تعنينجمًا،إذننواةنجميةأوليةتعني”قبلأنتصبحنجمًا”。تشيركلمةنواةإلىالغازوالغبار،اللذينيكونانكثيفينللغاية،لذايكونمصطلحالنواةأدقوصفًامنالمنطقةأوالسحابة。وأيضًاستصبحهذهالنواةالنجميةالأوليةفيمابعدالنواةالداخليةللنجم。

وعلىمدارالـ50000عامالتالية،ستنكمشالنواةالنجميةالأولية。تنكمش النواة النجمية الأولية。قديبدوهذاوقتًاطويلًا،لكنعلىنطاقالزمنالفلكييعتبرهذاسريعًاإلىحدمامقارنةًبعمرالكونالذييقربمن14مليارسنة。تنكمش النواة حتى يقارب حجمها 1000 وحدة فلكية (الشكل1 c)．إنهامازالتتتكونمننفسالغازوالغبار،ممايعنيأنكثافةتلكالمادةتتزايدبينمايتقلصالقطرإلىعشر(1/10)الحجمالأصليللمنطقةالمنهارة。

50000年بعدمرورسنة،سيُكوّنالنظامقرصًاحولالنواةالمركزية،وسيتمطردالمادةالزائدةإلىالخارجمنقطبيالنجم。القطبفيالنجميشبهمايُسمىالمحورفيالأرضالذييدورحولهالنجم。فيالشكل1 c،يمكنكرؤيةشكلينيشبهانالنافورةحيثيتمالتخلصمنالمادةالزائدة。يُسمىهذانالشكلانتدفقاتماديةفلكية،وهيتتبعقوانينالفيزياء。ستتسببالحركةالعشوائيةللغازوالغبارالتيوصفناهامسبقًا،إلىجانبانكماشالنظامأثناءتكوينالنواةالنجميةالأولية،فيدورانالنظامبالكامل。تتسببهذهالعمليةفيتكوينقرصمسطححولالنواةالنجميةالأولية。وهذايشبهطريقةاتخاذالفستانلشكلقرصمسطححولالمتزلجةعلىالجليدأثناءدورانها。إذاتوقفتالمتزلجةعنالدوران،فلنيتخذالفستانشكلقرصمسطححولها،بلسيتدلىعلىجانبيهابدلًامنذلك。تنشأالتدفقاتالماديةالفلكيةعندالقطبينللحفاظعلىتوازنالنظام。يُسمىالنظامالآننجمًاأوليًا،ممايعنيأنهفيأولىمراحلهليصبحنجمًاحقيقيًا。

من نواة نجمية أولية إلى نجم كامل

يعدالقرصذاأهميةبالغةفينموالنجمالأوليليصبحنجمًاذاحجممناسب。يتكونالقرصبشكلأساسيمنغازيدورمعه،ويقتربببطءمنسطحالنجمالأولي。عندمايقتربالغازمنالنجمبالقدربالقدرالكافييسقطالغازعلىسطحالنجمبفعلالجاذبية،ويتسعالنجم。تُسمى عملية الاتساع والنمو هذهبعملية التراكم (أو التنامي)،ويُقال إن النجم يُراكم (أي يجمع) المادة من القرص。

علىمدارالـ1000سنةالتالية،إماأنيُراكمالنجمالمادةالمتكونةمنالقرصأويتمإبعادهاعنالقرص(الشكل1 d)．وفيهذهالمرحلةيكونالنجمقدنمابالقدرالكافيمنحيثحجمالمنطقةالمركزيةوكثافتها،بحيثيستطيعأنيبدأتفاعلًانوويًايمنحالنجملمعانًامثلالشمس。فيهذهالمرحلة،يُسمىالنجمنجم”تيتاوري”(T-tauri)،وتكونهذههيالمرةالأولىالتييمكنفيهاملاحظةالنجمبصورةمرئية。

يتوقفالنجمفيالنهايةعنجمعالمادةمنالقرص،ولكنماتزالالمادةالمتبقيةحولهتظهرفيشكلقرص،(الشكل1 e)．لميعدالقرصيفيبغرضتغذيةالنجمبالمادةاللازمةللنمو。فبدلًامنذلك،يكونالقرصالآنعبارةعنمجموعةمنالموادالمتحركةالمستديرة،التيسوفتبدأفيالتجمعمعًاببطءوالدورانحولالنجم。ستُشكلهذهالتكتلاتالصغيرة،المكونةمنبقاياالمادةالمخلفةمننشأةالنجم،كواكبجديدة。وهذايعنيأنالكواكبالموجودةفينظامناالشمسيمكونةمنبقاياالموادالمخلفةمنميلادالشمسأونشأتها!وهذاأيضًاهوالسببوراءاصطفافجميعالكواكبفيالنظامالشمسيعندنفسالمستوى!

يكتمل النظام الشمسي (الشكل1 f) عندما يفنى القرص نهائيًا، وتتشكل جميع الكواكب。علىمدار10مليارسنةتالية،سوفيحرقالنجمالوقودالنوويالموجودفيمركزهوتنبعثطاقةمثلالإشعاعالذينُطلقعليهضوءالشمس。

رؤية السحب الجزيئية

السحبالجزيئية،التيتستضيفالنجومحديثةالنشأةوتشكلها،هيعبارةعنالمناطقالمظلمةفيالسماءليلًا。لا يمكن لإنسان رؤية سحابة جزيئية؛حتى باستخدام التليسكوب。ويرجعالسببوراءعدمرؤيةالسحابةالجزيئيةإلىتناثرجسيماتالغبارفيجميعأنحاءالسحابة،وامتصاصهاالضوءالمنبعثمنالنجومالمحيطة。وهذايمنعضوءالنجوممنالانتقالعبرالفضاءوالوصولإليناهناعلىكوكبالأرض،وهذاهوالسببوراءظهورالسحابةالجزيئيةعلىشكلمنطقةمظلمةفيالسماء。ولحسنالحظبالنسبةلعلماءالفلكأنالسحابةالجزيئيةشفافةبالنسبةللموجاتالراديوية،وهذايعنيأنجسيماتالغبارالموجودةفيالسحابةلاتمتصالموجاتالراديويةلذلكيمكنللموجاتالراديويةالانتقالبحريةوالوصولإليناهناعلىكوكبالأرض。وهذايعنيأنهلايمكننارؤيةالموجاتالراديويةبالعين،لكنباستخدامتليسكوبراديويكبيريمكنناالحصولعلىإشاراتمنتلكالسحبالجزيئيةالمظلمة،حيثتحمللناهذهالموجاتالراديويةمعلوماتحولمحتوياتالسحابةالجزيئيةالمظلمة。

إذانشأنجمجديد،فسترسلالسحابةموجاتراديويةمختلفةعنتلكالتيترسلهافيحالةعدمميلادنجمداخلها。ويمكنلعلماءالفلكاستخدامالموجاتالراديويةفيمعرفةموعدنشأةالنجوم،وتحديدمتىتُولدالنجوم،حتىوإنكانتالسحابةالجزيئيةمظلمة。وعلىالرغممنأنعلماءالفلكاليوميعرفونالكثيرعنكيفيةتكوننجوممثلالشمس،فإنهمايزالأمامهملغزحقيقييتعينعليهمحله。

الخلاصة

يظهرهذااللغزالعظيمعندماتتكونالنجومالكبيرةللغاية،حيثيعرفعلماءالفلكأنالنجوم،التيتصلكتلتهاإلىحواليستةأمثالكتلةشمسنا،تُولدبالطريقةالتيسبقأنذكرناهافيهذاالمقال。أماالنجومذاتالكتلالأكبرمنذلكفتتطلبعمليةمختلفة،لأنالضغطالناجمعنإشعاعالنجومسيدفعبالقرصبعيًدا،ممايمنعالنجوممنالنمولحجمأكبربحواليستمراتمنحجمشمسنا。

لقدرأىعلماءالفلكتلكالنجومالكبيرة،لذلكتمكنوامنمعرفةأنالنجومالكبيرةموجودة،وأنهيتعينأنتُولدبطريقةما。ولكن،ماتزالمعرفةكيفوُلدتالنجومسؤالًاحيرجميععلماءالفلكحولالعالم。

مسردللمصطلحات

الوسط بين النجمي(星际介质)：↑هوالمساحةالكليةالتيلاتشغلهاالنجومفيالمجرات،لكنهامليئةبالغازوالغبار。

السحابة الجزيئية(分子云)：↑هي سحابة فضائية كبيرة مليئة بالغاز والغبار。توجد السحب الجزيئية داخل الوسط بين النجمي。

الوحدة الفلكية (1非盟）：↑وحدة فلكية واحدة، وهي المسافة من الأرض إلى الشمس。

الصفر المطلق(绝对零度)：↑هوأقلدرجةحرارةممكنة،وتُسمىأيضً0دارجةكلفن。

التراكم أو التنامي(吸积)：↑هيالعمليةالتييقومفيهاأحدالأجسامبتجميعالكتلةمنجسمآخر。

إقرار تضارب المصالح

يعلنالمؤلفونأنالبحثقدأُجريفيغيابأيعلاقاتتجاريةأوماليةيمكنتفسيرهاعلىأنهاتضاربمحتملفيالمصالح。