يولد أكثر من نصف النجوم كأعضاء في أنظمة نجمية متعددة، لكن عملية تكوين النجوم المتعددة ليست مفهومة جيدًا. ولذلك، فإن كشف لغز آلية تشكل النجوم المتعددة أمر مهم للغاية لتأسيس نظرية شاملة لتشكل النجوم. حتى الآن، تم اقتراح عدة سيناريوهات لتكوين النجوم المتعددة، ولم تتقارب المناقشات حول سيناريوهات التكوين بعد.

الانطباع الفني لثلاثة نجوم أولية IRAS 04239+2436. المصدر: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

لفهم عملية تكوين النجوم المتعددة، من الضروري استخدام أدوات عالية الدقة وعالية الحساسية مثل ALMA لمراقبة اللحظة التي تولد فيها النجوم الأولية المتعددة (نجوم في طور التكوين) بشكل مباشر. بالإضافة إلى ذلك، تشير الملاحظات الحديثة للنجوم الأولية غالبًا إلى هياكل غازية تسمى "الخطوط الانسيابية"، وهي عبارة عن تدفقات من الغاز نحو النجم الأولي.

تعد مراقبة هذه الانسيابات أمرًا مهمًا لأنها توضح كيفية امتصاص النجم الأولي للغاز ونموه، لكن من غير الواضح حاليًا كيف تشكلت هذه الانسيابات. نظرًا لأنه من المتوقع أن يكون لتدفقات الغاز حول النجوم الأولية في الأنظمة متعددة النجوم هياكل معقدة، فإن الملاحظات التفصيلية باستخدام دقة ALMA العالية تعد أداة قوية لدراسة أصول تدفقات الغاز.

توزيع الغاز حول النجم الأولي الثلاثي IRAS04239+2436، (يسار) انبعاث أكسيد الكبريت الذي رصدته ALMA، (يمين) إعادة إنتاج المحاكاة العددية بواسطة الكمبيوتر العملاق ATERUI. يمثل النجمان الأوليان A وB، الموضحان باللون الأزرق على اليسار، موجات الراديو من الغبار المحيط بالنجم الأولي. في النجم الأولي A، يُعتقد أن هناك نجمين أوليين لم يتم حلهما بعد. في الصورة على اليمين، يُشار إلى مواقع النجوم الأولية الثلاثة بصلبان زرقاء. المصدر: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)، J.-E. ليتال. ليتال.

الملاحظات والاكتشافات التفصيلية

استخدم الفريق ALMA لمراقبة موجات الراديو المنبعثة من جزيئات أول أكسيد الكبريت (SO) حول النظام النجمي المتعدد الشاب IRAS04239+2436. IRAS04239+2436 هو "نظام نجمي أولي ثلاثي"، وهو نظام يتكون من ثلاثة نجوم أولية، يبعد عنا حوالي 460 سنة ضوئية. ويتوقع فريق البحث اكتشاف جزيئات SO في المنطقة التي تحدث فيها موجة الصدمة، ورؤية تحركات الغاز العنيفة حول النجم الأولي. ونتيجة للرصد، اكتشفوا جزيئات SO حوالي ثلاثة أضعاف النجم الأولي، ووجدوا أن توزيع جزيئات SO يشكل ذراعًا حلزونيًا كبيرًا يمتد حتى 400 وحدة فلكية. بالإضافة إلى ذلك، نجحوا في الحصول على سرعة الغاز المحتوي على جزيئات SO بناءً على تغير تردد موجات الراديو الناجم عن تأثير دوبلر.

واستنادًا إلى تحليل حركة الغاز، وجدوا أن الأذرع الحلزونية التي تتبعها جزيئات ثاني أكسيد الكبريت كانت بالفعل خطوطًا انسيابية تتدفق إلى النجم الأولي الثلاثي. قال لي موضحًا أهمية هذا الاكتشاف: "إن الميزة الأكثر عمقًا في صور ALMA هي اكتشاف هياكل كبيرة ومحددة جيدًا ومتعددة الأذرع في إشعاع ثاني أكسيد الكبريت". "كان انطباعي الأول هو أن هذه الهياكل كانت ترقص معًا، وتدور حول النظام النجمي المركزي، لكننا اكتشفنا لاحقًا أن الأذرع الحلزونية عبارة عن قنوات من المواد التي تغذي النجوم الصغيرة."

الكمبيوتر العملاق "ATERUI" يحاكي تكوين النجوم المتعددة. يظهر الفيلم أن العديد من النجوم الأولية تولد في سحب غازية مضطربة خيطية، والتي تثير الأذرع الحلزونية وتزعج الغاز المحيط بها أثناء تحركها. المصدر: توماكي ماتسوموتو، تاكاكي تاكيدا، مشروع 4D2U، المرصد الفلكي الوطني في اليابان

المعنى والتحليل المقارن

ولمزيد من دراسة حركة الغاز، قارن فريق البحث سرعة الغاز المستمدة من هذه الملاحظة مع السرعة المستمدة من المحاكاة العددية. تم إجراء عمليات المحاكاة هذه باستخدام الحواسيب العملاقة المخصصة لعلم الفلك "ATERUI" و"ATERUIII" في المرصد الفلكي الوطني التابع للمركز الياباني للفيزياء الفلكية الحاسوبية. في المحاكاة، تشكلت ثلاثة نجوم أولية في سحابة الغاز، وقام الغاز المضطرب حول النجوم الثلاثة بإثارة موجات صدمية على شكل أذرع حلزونية.

وقال ماتسوموتو، الذي قاد عمليات المحاكاة العددية للدراسة: "لقد وجدنا أن الأذرع الحلزونية تظهر تدفقات الغاز نحو النجوم الأولية الثلاثة، وهي الخطوط الانسيابية التي تغذي الغاز إلى النجوم الأولية". "إن سرعات الغاز المحاكية تتفق بشكل جيد مع الملاحظات، مما يدل على أن المحاكاة العددية يمكن أن تفسر بالفعل أصل الخطوط الانسيابية."

مخطط هجين لتشكيل النجوم المتعددة

ومن خلال مقارنة بيانات الرصد ونتائج المحاكاة العددية، درس الفريق كيفية ولادة هذا النجم الأولي الثلاثي. حتى الآن، هناك خياران لتشكيل النجوم المتعددة. الأول هو "سيناريو التجزئة المضطرب"، حيث تنقسم سحابة الغاز المضطربة إلى مكثفات غازية، ويتطور كل مكثف إلى نجم أولي. والثاني هو "سيناريو تجزئة القرص"، حيث ينقسم قرص الغاز المحيط بالنجم الأولي ليشكل نجمًا أوليًا جديدًا، وبالتالي تكوين نجوم متعددة.

يمكن تفسير تضاعف النجوم الأولية ثلاث مرات هنا من خلال سيناريو هجين تبدأ فيه عملية تكوين النجوم بسحابة غازية أولية مضطربة، على غرار سيناريو التجزئة المضطرب، ومن ثم يتم إنتاج بذور نجمية أولية جديدة في القرص، على غرار سيناريو تجزئة القرص، ويتسبب اضطراب الغاز المحيط في تمدد الأذرع الحلزونية على نطاق واسع. تشبه الملاحظات إلى حد كبير عمليات المحاكاة، مما يشير إلى أن النجم الأولي الثلاثي المرصود هو أول جسم مؤكد أنه قام بتكوين نجوم متعددة من خلال نظام الخلط.

قال ماتسوموتو: "هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها توضيح أصول النجوم الأولية والنيازك بشكل شامل في وقت واحد. إن الجمع بين عمليات رصد ALMA وعمليات المحاكاة هو أداة قوية للكشف عن أسرار تكوين النجوم".

الآثار المترتبة على تكوين الكوكب والبحوث المستقبلية

ويعتقد لي أن الدراسة تلقي الضوء أيضًا على الصعوبات التي تواجه تكوين الكواكب في الأنظمة متعددة النجوم. وقالت: "تولد الكواكب في قرص الغاز والغبار الذي تشكل حول النجم الأولي. في هذا النظام المكون من ثلاثة نجوم أولية، يقع النجم الأولي في منطقة صغيرة، والقرص المحيط بالنجم الأولي صغير، والنجم الأولي الذي يدور حول النجم الأولي يقشر القرص بعيدًا عن النجوم الأولية الأخرى. وتتشكل الكواكب في بيئة هادئة طويلة المدى، لذلك، من غير المرجح أن يكون IRAS04239+2436 بيئة مواتية لتكوين الكواكب".

يناقش ماتسوموتو آثار هذا البحث على فهمنا لتشكل النجوم المتعددة. "إن المراقبة الفعلية لتشكيل نظام متعدد النجوم من خلال مخطط هجين سوف تقطع شوطًا طويلًا نحو حل الجدل حول مخططات تكوين النجوم المتعددة. علاوة على ذلك، فإن هذه الدراسة لا تؤكد فقط وجود خطوط انسيابية تمت ملاحظتها مؤخرًا، ولكنها تشرح أيضًا كيفية تشكلها، مما يمثل تقدمًا كبيرًا."

قدم Jeong-EunLee وآخرون هذا البحث في مقالة بعنوان "الأذرع الحلزونية الثلاثية للأذرع الحلزونية الثلاثية لنظام نجمي أولي ثلاثي مصور بواسطة الخطوط الجزيئية" المنشورة في مجلة الفيزياء الفلكية.