The He I 5876 LINE in the Spectra of Herbig Ae Stars

ليست النجوم الشابة تلك المنارات الهادئة والمستقرة التي نراها في سماء الليل اليوم. فقبل أن تستقر في حياتها الطويلة والمستقرة، تكون أماكن مضطربة وفوضوية محاطة بسحب دوارة من الغاز والغبار. هذه السحب، المعروفة باسم الأقراص المحيطة بالنجوم، هي مهاد ولادة الكواكب. وبينما يسحب النجم المادة إلى الداخل من هذه الأقراص لينمو، فإنه يدفع الغاز أيضًا إلى الخارج في رياح قوية. ويعتمد شكل ما نراه من هذا النشاط كليًا على زاوية رؤيتنا. فإذا نظرنا إلى القرص من الجانب، فإن المادة تحجب رؤيتنا وتخلق ظلالًا دراماتيكية ومتحولة. أما إذا نظرنا من الأعلى، فسنرى وجه النجم بوضوح، لكن النشاط المحيط به يتجلى بشكل مختلف. إن فهم كيفية سلوك هذه الأقراص، وكيفية حركة الغاز، وكيفية تشكل الكواكب داخلها، يعد أحد التحديات الكبرى في علم الفلك الحديث. ولحل هذا اللغز، يحتاج علماء الفلك إلى النظر في بصمات كيميائية محددة في ضوء النجوم تكشف عن سرعة واتجاه الغاز الأقرب إلى النجم.

لقد أمضى باحث تقودُه "أو. في. كوزلوفا" (O.V. Kozlova) عقودًا في مراقبة أربعة من هذه النجوم الشابة لفهم ما يحدث بالضبط في جوارها المباشر. وقد ركزوا اهتمامهم على خط ضوئي محدد ينبعث من الهيليوم المتعادل، وهو غاز يعمل كمسبار حساس للمناطق الأكثر سخونة ونشاطًا بالقرب من النجم. ومن خلال مراقبة هذه النجوم على مدار فترة ثلاثين عامًا، من عام 1995 إلى عام 2025، باستخدام تلسكوب في القرم، تمكنوا من تتبع كيفية تغير إشارة الهيليوم هذه بمرور الوقت. وتكشف أعمالهم أن سلوك هذا الغاز ليس عشوائيًا؛ بل يتبع أنماطًا متميزة تروي قصة القوى غير المرئية التي تشكل هذه الأنظمة الشابة، بما في ذلك الاحتمال القائم لوجود كواكب خفية وتلاشي الأجرام الصغيرة الشبيهة بالمذنبات.

درس الباحث أربعة نجوم، يقدم كل منها منظورًا مختلفًا للعملية الكونية نفسها. النجم الأول، "سي كيو تاو" (CQ Tau)، يُرى من زاوية حافة مستقيمة تقريبًا، مما يعني أن قرصه يمتد أفقيًا عبر خط رؤيتنا. هذا التوجه عادة ما يخفي النجم خلف ستار من الغبار، ولكنه يسمح لنا أيضًا برؤية الغاز وهو يسقط مباشرة نحو النجم. أظهر خط الهيليوم في "سي كيو تاو" علامة واضحة لهذا الاندفاع نحو الداخل، حيث يتحرك الغاز بسرعات تتجاوز 300 كيلومتر في الثانية. وما جعل هذا النجم مثيرًا للاهتمام بشكل خاص هو إيقاع تغيراته؛ إذ لم تكن سرعة وقوة الغاز المتساقط ثابتة، بل كانت تزداد وتتلاشى في دورة تستمر حوالي 700 يوم. ووجد الباحث أن هذا الإيقاع يتوافق مع التغيرات في سطوع النجم وسلوك غاز الصوديوم القريب منه. يشير هذا النمط إلى أن شيئًا ما يزعج القرص بشكل دوري، ربما يكون رفيقًا خفيًا أو كوكبًا ضخمًا، يقوم بدفع الأجرام الصغيرة الجليدية نحو المناطق الداخلية للنجم. ومع اقتراب هذه الأجرام أكثر مما ينبغي، فإنها تتفكك وتتحول إلى غاز، مما يخلق تيارات مفاجئة وسريعة الحركة كما رصدها الفلكي.

في المقابل، يُنظر إلى النجم "إتش دي 190073" (HD 190073) من فوق أقطابه مباشرة تقريبًا. ومن هذه الزاوية، لا يحجب القرص الرؤية، ويبدو النجم وكأنه يدور ببطء شديد. هنا، بدا خط الهيليوم مختلفًا: فبدلاً من إظهار غاز يتجه نحو الداخل، كان يتوهج بانبعاث ثابت، مما يشير إلى منطقة من الغاز الساخن المحبوس بواسطة المجال المغناطيسي للنجم. ومع ذلك، لم يكن هذا التوهج ساكنًا؛ فخلال فترة تبلغ حوالي 2000 يوم، كان ضوء الهيليوم يزداد سطوعًا وضيقًا، ثم يخبو ويتسع. تشير هذه الدورة إلى أن معدل سقوط المادة على النجم ليس ثابتًا، بل يتغير في موجة طويلة وبطيئة. يحدث هذا التباين على الأرجح لأن المجال المغناطيسي للنجم والقرص المحيط به يدفعان ضد بعضهما البعض باستمرار، وضغط المادة القادمة يتغير بمرور الوقت. ويدعم وجود هذه الدورة فكرة أن عملية تكوين الكواكب داخل القرص تؤثر بنشاط على كمية الغاز التي يمكن للنجم جذبها.

أما النجم الثالث، "إيه بي أور" (AB Aur)، فقد قدم لغزًا أكثر تعقيدًا. فهو يقع في زاوية متوسطة، ليست حافة مستقيمة ولا فوق الأقطاب. وفي طيفه، أظهر خط الهيليوم مزيجًا من السلوكيات. وبينما يُعرف عن هذا النجم أنه ينفث الغاز إلى الفضاء، كشف خط الهيليم عن غاز يسقط نحو الداخل، مما خلق ملفًا يبدو مثل صورة مرآة لتدفق خارجي. والأكثر إثارة للدهشة هو أن الباحث رأى أحيانًا تيارين متميزين من الغاز المتساقط: أحدهما يتحرك ببطء والآخر يتحرك بسرعة كبيرة. ظهر التيار سريع الحركة واختفى بطريقة تبدو مرتبطة بسلوك غاز الصوديوم في الجزء الخارم من القرص. وهذا يشير إلى أنه، تمامًا كما في حالة "سي كيو تاو"، فإن الغاز السريع هو على الأرجح نتيجة لسحب أجرام صغيرة إلى جوار النجم، لكننا نرى هذا الحدث من زاوية مختلفة. يشير وجود هذين التيارين المختلفين من الغاز إلى أن المناطق الداخلية لهذا القرص هي تقاطع مزدحم تحدث فيه عمليات فيزيائية مختلفة في آن واحد.

وقدم النجم الأخير، "إتش دي 141569" (HD 141569)، لمحة عن مرحلة أكثر نضجًا من تكوين الكواكب. هذا النظام معروف ببنيته المعقدة من الحلقات، مما يشير إلى أن الكواكب قد بدأت بالفعل في إخلاء الغبار والغاز. في هذا النجم، كان خط الهيليوم مفقودًا تمامًا في كثير من الأحيان. وعندما يظهر، فإنه يظهر فقط علامات باهتة على سقوط الغاز، دون تدفق مستمر. تروي غياب هذه الإشارة القوية للهيليوم قصة واضحة: المنطقة الداخلية للقرص قد أُخليت إلى حد كبير من الغاز الذي يغذي النجم عادةً. ومن المرجح أن تكون النبضات الصغيرة من الغاز التي رصدها الباحث هي أحداث عشوائية، مثل التفكك العرضي لجسم صغير متبقٍ، وليست تيارًا مستمرًا من المادة. يمثل هذا النجم نظامًا تقدمت فيه عملية تكوين الكواكب بشكل كبير، تاركة النجم مع القليل جدًا من المواد المتبقية للاستهلاك.

من خلال مقارنة هذه النجوم الأربعة، تثبت الدراسة أن خط الهيليوم هو أداة قوية للنفاذ إلى الديناميكيات الخفية للأنظمة النجمية الشابة. وجد الباحث أن شكل وتغير هذا الخط يعتمدان بشدة على كيفية ميل النجم بالنسبة للأرض وعلى الظروف المحددة لمجاله المغناطيسي. وتوفر الدورات المتكررة من التغيير التي لاحظوها دليلًا قويًا على أن تراكم الغاز على النجوم الشابة ليس عملية سلسة ومستمرة، بل هو مدفوع بتفاعلات معقدة داخل القرص. تتضمن هذه التفاعلات على الأرجح التأثير الجاذبي للكواكب الآخذة في التشكل والاضطراب الدوري للأجرام الصغيرة الشبيهة بالمذنبات. وتؤكد هذه الأعمال أنه بينما تتطور هذه الأنظمة وتتشكل الكواكب، يتغير تدفق الغاز نحو النجم، ويتباطأ في النهاية مع إخلاء القرص الداخلي. لقد سمحت هذه المراقبة طويلة الأمد لعلماء الفلك بالانتقال من مجرد أخذ لقطات ثابتة إلى البدء في فهم الحياة الإيقاعية والديناميكية لنجم في سنواته الأولى.