أقزام بنية بحجم كوكبي تضع نظريات تشكّل النجوم أمام اختبار جديد

في منطقة تشكّل النجوم IC 348، وعلى بُعد نحو 1000 سنة ضوئية في منطقة برساوس، رصد تلسكوب جيمس ويب الفضائي أقزاماً بنية حرة طافية تصل كتلها التقديرية إلى نحو ضعفي كتلة المشتري. وهذه الأجسام، التي لا تدور حول نجم، تقع عند الحد الضبابي بين الكواكب والنجوم التي لم تبلغ كتلتها ما يكفي لتصبح نجوماً مكتملة. 1

كيف عثر ويب على أجسام بهذا الخفوت؟

تُظهر رؤية ويب في الأشعة تحت الحمراء القريبة النجوم الفتية والغبار والمصادر المطمورة في IC 348، لكنها حساسة كذلك لأجسام دون نجمية باردة وخافتة للغاية. 1

اتبع الباحثون خطوتين متكاملتين:

1. التقطت أداة NIRCam، وهي كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة، صوراً لقياس سطوع الأجسام المرشحة وألوانها. وتختلف بصمة الأقزام البنية الفتية والباردة في هذه القياسات عن النجوم العادية وكثير من الأجسام الواقعة في الخلفية.
2. فحصت أداة NIRSpec، مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة، مجموعة من المرشحين بأطياف أكثر تفصيلاً. وتوفر الأطياف دلائل على غلاف جوي بارد وعلى حداثة عمر الجسم، كما تُستخدم في تقدير خصائصه، ومنها الكتلة.

وبذلك وسّع المسح نتيجة سابقة لويب في المنطقة نفسها: فقد عثر البحث الأول على ثلاثة أقزام بنية حرة طافية تقل كتلها عن ثماني كتل مشتري، وكان أصغرها مقدراً بنحو ثلاث إلى أربع كتل مشتري. أما المتابعة الأعمق، فقد أضافت أعضاء جدداً بتقديرات تقارب كتلتي مشتري. 3

لماذا تُعد كتلة تعادل كتلتي مشتري مهمة؟

القزم البني جسم تقل كتلته عن الحد اللازم لاندماج الهيدروجين بصورة مستدامة، وهي العملية التي تمد النجوم العادية بالطاقة. وقد تندمج نوى الديوتيريوم لفترة محدودة في بعض الأقزام البنية الأعلى كتلة، لكنها لا تصبح نجوماً طويلة العمر تحرق الهيدروجين.

كتلة أصغر أعضاء IC 348 تقارب كتلة الكواكب العملاقة، لكنها حرة طافية وليست في مدار حول نجم. ولهذا لا تحسم الكتلة وحدها التسمية: فقد يكون الجسم شبيهاً بالكوكب في كتلته، لكنه يوصف بالقزم البني أو الجسم ذي الكتلة الكوكبية إذا كان منشؤه يُرجح أن يشبه تشكّل النجوم من السحب الغازية، لا تشكّل الكواكب داخل قرص حول نجم.

تكمن الصعوبة في أن نماذج تفتت السحب الغازية التقليدية لا تفسر بسهولة ولادة أجسام معزولة لا تزيد كتلتها على بضع كتل للمشتري. وتقول ناسا إن الاكتشافات الجديدة تتحدى نماذج تشكّل النجوم؛ فهي تقيد الحد الأدنى للكتلة الذي وصل إليه التشكّل في IC 348، لكنها لا تكشف وحدها مسار نشأة كل جسم. 1

تقديرات الكتلة ليست «وزناً» مباشراً

تعبير «نحو كتلتي مشتري» هو تقدير مستنتج، لا قياس مباشر للكتلة. ففي الأقزام البنية الفتية جداً، يقارن الباحثون السطوع والأطياف بنماذج تطورية تتوقع كيف يبرد الجسم ويخفت بمرور الزمن. لذلك تتأثر القيمة المفترضة بعمر الجسم وبافتراضات تتصل بمراحل تطوره الأولى.

والخلاصة الأدق هي أن IC 348 تضم أعضاء دون نجمية مؤكدة أو مدعومة بقوة في نطاق كتلي شديد الانخفاض، لا أنها ترسم حداً فاصلاً قاطعاً بين القزم البني والكوكب.

أقراص حول أجسام كتلتها كوكبية تقريباً

يبدي عضوان جديدان في IC 348، بكتلتين تقديريتين تقاربان كتلتي مشتري و10 كتل مشتري، فائضاً كبيراً في الأشعة تحت الحمراء مرتبطاً بأقراص محيطة بهما. وتمثل تلك الأقراص مواد يمكن، من حيث المبدأ، أن تتكون منها كواكب أو أقمار.

النتيجة لافتة: قد توجد مكونات بناء العوالم حول أجسام تقترب هي نفسها من الكتلة الكوكبية. لكن ذلك لا يعني أن ويب شاهد كواكب تتشكل حولها؛ فالفائض تحت الأحمر يتتبع مادة القرص، ولم تُصوَّر كواكب وليدة مباشرة في هذه الأنظمة.

مشهد ولادة نجوم: نفاثات وصدمات

لا تقتصر فسيفساء IC 348 على تعداد الأقزام البنية. فهي تكشف أيضاً نجوماً فتية تعيد تشكيل محيطها عبر تدفقات ونفاثات قوية تصطدم بالغاز والغبار، وهي من أبرز معالم المشهد التي سلطت ناسا الضوء عليها.

وتنتج هذه الاصطدامات أجسام هيربيغ-هارو: تراكيب صدمية متوهجة تظهر عندما تضرب تدفقات النجوم المواد المحيطة. ويضم المشهد الأوسع معالم مثل HH 797 وHH 211، في لقطة تجمع أطواراً متعددة من الولادة النجمية: نجوم أولية محجوبة، ونجوماً فتية ناشئة، وتدفقات خارجة، وأقراصاً، وأخف الأجسام دون النجمية الحرة طفوًا.

لغز كيميائي عند الطرف الأدنى للكتلة

تكشف أطياف بعض الأقزام البنية شديدة الانخفاض في الكتلة أيضاً امتصاصاً مرتبطاً بهيدروكربون أليفاتي غير محدد الهوية. وقد سُجل امتصاص مماثل عند طول موجي 3.4 ميكرون في الوسط بين النجمي وفي غلافي زحل وتيتان الجويين. 714

اقترح باحثون أن هذا السلوك الطيفي غير المعتاد قد يستدعي فئة جديدة لهذه المصادر، لكن تحديد الجزيء بدقة وأي تصنيف جديد ما زالا غير محسومين. لذا فالإشارة دليل مهم، لا إجابة نهائية، عن كيمياء وغلاف أصغر الأقزام البنية الحرة طفوًا المعروفة. 9

ما الذي تغيّره IC 348؟

دفع ويب الحافة الدنيا المرصودة للأقزام البنية الحرة في IC 348 من نتيجة سابقة بلغت ثلاثاً إلى أربع كتل للمشتري، إلى نحو كتلتي مشتري. ويبرهن ذلك على أن مناطق تشكّل النجوم قادرة على إنتاج أجسام في نطاق كتلي ارتبط لفترة طويلة أساساً بالكواكب، فيما تفتح الأقراص والإشارات الطيفية الغريبة أسئلة جديدة عن نشأتها وتطورها.

والخطوة التالية ليست العثور على أجسام أخفت فحسب، بل معرفة ما إذا كانت قد تشكّلت بانهيار مباشر للسحب الغازية، أو قُذفت من أنظمة فتية متعددة، أو نتجت من تفتت أقراص، أو عبر أكثر من مسار واحد؛ وكذلك معرفة ما إن كانت أقراصها تستطيع في النهاية بناء عوالم أصغر حولها.