Evolution of a circumstellar disk around a young massive star

تولد النجوم في السحب الباردة والمظلمة من الغاز والغبار التي تنجرف بين شموس مجرتنا. وبالنسبة للنجوم الضخمة، والتي يمكن أن تكون أثقل من شمسنا بعدة مرات، يُعتقد أن عملية الولادة هذه تتضمن قرصاً دواراً من المواد. يعمل هذا القرص مثل قمع كوني، يوجه الغاز والغبار نحو الداخل لتغذية النجم المتنامي في مركزه. وبينما نجح علماء الفلك في تصوير هذه الأقراص المغذية حول النجوم الشابة، ظل فصل حاسم من القصة مفقوداً: ماذا يحدث عندما ينتهي النجم من النمو؟ نحن نعلم أن القرص يجب أن يختفي في النهاية، لكن لم يسبق لأحد أن رأى لحظة تدميره. وبدون هذه القطعة المفقودة، لا يمكننا الفهم الكامل لكيفية قيام النجوم الضخمة بتطهير محيطها، أو كيف يتم تشتيت الجزيئات المعقدة المحتجزة في هذه الأقراص لتعود إلى الفضاء لتصبح مكونات لأجيال مستقبلية من النجوم والكواكب.

لقد التقط فريق من علماء الفلك الآن أول صورة واضحة لهذه المرحلة النهائية العابرة. فمن خلال توجيه مصفوفة "ألما" (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)، وهي شبكة قوية من الأطباق اللاسلكية في صحراء تشيلي، نحو نجم ضخم شاب يُعرف باسم G23.657−0.127، وجدوا نظاماً يبدو مثل حلقة من الغبار والغاز ذات مركز مجوف. يقع هذا الجسم على بعد حوالي 3.2 ألف سنة ضوئية. وتكشف الملاحظات عن بنية دائرية ساطعة يبلغ عرضها حوالي 820 وحدة فلكية، علماً بأن الوحدة الفلكية هي المسافة بين الأرض والشمس. داخل هذه الحلقة، تبدو المساحة خالية تماماً من الغبار الكثيف والغاز الذي يحيط عادةً بنجم في طور التكوين. بدلاً من ذلك، يحتوي المركز على نقطة ضوء واحدة مدمجة، بينما تتكون الحلقة نفسها من المادة ذاتها التي كانت تغذي النجم ذات يوم.

لم يكتفِ الباحثون برؤية الغبار فحسب؛ بل رسموا أيضاً خريطة للغاز غير المرئي الذي يتحرك داخل النظام. ووجدوا أن الحلقة غنية بالجزيئات المعقدة، بما في ذلك الميثانول، الذي يعمل كعلامة دالة على الغاز الكثيف والساخن اللازم لتكوين النجوم الضخمة. تشكل هذه الجزيئات حلقة مثالية تطابق شكل الغبار. ومع ذلك، فإن المركز الفارغ يروي قصة مختلفة؛ إذ أن الإشارات الوحيدة القادمة من المنتصف تأتي من موجات صدمية، والتي تنشأ عندما تصطدم نفاثات من المواد سريعة الحركة بالغاز المحيط بها. يشير هذا إلى أن النجم في المركز يدفع المواد بعيداً بنشاط، مما يؤدي إلى إخلاء المنطقة الداخلية وترك الحلقة الخارجية خلفه. إن حقيقة بقاء الحلقة سليمة بينما المركز فارغ تشير إلى أن النجم في عملية تشتيت قرص ولادته، وهي مرحلة لم تُلاحظ مباشرة من قبل.

أمضى الفريق سنوات في التحضير لهذا الاكتشاف. فقد تتبعوا سابقاً حركة بقع ساطعة من انبعاث الميثانول حول هذا النجم لأكثر من عقد من الزمان باستخدام تلسكوبات مختلفة. وأظهرت تلك الملاحظات المبكرة حلقة من البقع المتوسعة نحو الخارج بسرعة ثابتة. وقد أكدت الصور الجديدة عالية الدقة أن هذه الحلقة المتوسعة مكونة من غبار حقيقي وغاز حراري، وليست مجرد بقع متوهجة. إن التوافق بين البيانات القديمة والصور الجديدة دقيق، مما يؤكد أن البنية حقيقية ومتطورة. كما قاس الباحثون درجة حرارة وسطوع الحلقة والنقطة المركزية؛ فالحلقة باردة نسبياً، بينما النقطة المركزية أكثر سخونة وسطوعاً، مما يشير إلى أنها موقع النجم نفسه، وربما لا تزال مختبئة خلف كتلة صغيرة كثيفة من الغبار لم يتم نفخها بعيداً بعد.

وعلى الرغم من وضوح الصورة، إلا أن الآلية الدقيقة التي تدمر القرص لا تزال موضوع نقاش دقيق بين المؤلفين. فهم يقترحون ثلاثة سيناريوهات محتملة لتفسير المركز المجوف والنقطة الساطعة بداخله. الاحتمال الأول هو وجود نجم ضخم واحد في المركز، حيث تقوم رياحه النجمية القوية بالتآكل ببطء في القرص من الداخل إلى الخارج، تاركة الحلقة الخارجية كبقايا أخيرة. الفكرة الثانية تقترح أن النجم قد أخل المركز تماماً بالفعل، وأن النقطة الساطعة التي نراها هي في الواقع عقدة من الغبار جرفتها رياح النجم وسخنتها. أما السيناريو الثالث فيتضمن نظاماً ثنائياً، حيث يدور نجم ثانٍ أصغر حول النجم الرئيسي ويساعد في نحت المساحة الفارغة. لا يختار البحث بشكل نهائي بين هذه السيناريوهات الثلاثة، لكنه يستبعد فكرة أن القرص يتلاشى ببساطة بشكل طبيعي؛ إذ إن وجود موجات الصدمة والطريقة المحددة لحركة الغاز تشير إلى تشتيت نشط وقسري.

يقدم هذا الاكتشاف لمحة نادرة عن نهاية تكوين نجم ضخم. فهو يظهر أن العملية لا تتوقف ببساطة بمجرد أن يصبح النجم كبيراً بما يكفي؛ بل إن النجم يقوم بتفكيك مهده بنشاط. إن حلقة المادة المتبقية غنية بالجزيئات العضوية المعقدة، ومع تدمير القرص، ستتشتت هذه الكيماويات في الوسط بين النجمي. هذه العملية تغني المجرة باللبنات الأساسية لنجوم وكواكب جديدة. ومن خلال التقاط هذه اللحظة المحددة، قدم الباحثون مرساة حاسمة لفهمنا لكيفية ولادة النجوم الأكثر ضخامة في الكون وكيفية تمهيد الطريق للأجسام الكونية من الأجيال التالية. إن صورة G23.657−0.127 ليست مجرد صورة لنجم بعيد؛ بل هي لقطة لعملية تنظيف كوني جارية، تكشف الخطوات النهائية لولادة نجم عنيفة وجميلة.