النجوم تتساقط وتتحطم
العديد من النجوم التي تراها عندما تنظر إلى السماء قد أمضت جزءًا من حياتها على الأقل داخل التجمعات النجمية. التجمعات النجمية هي تجمعات قد تتكون من ملايين النجوم التي تشترك في أصل واحد وترتبط ببعضها البعض بفعل الجاذبية.
تكتلات النجوم محل اهتمام علمي، لأن جميع أعضائها تكوّنت في الوقت نفسه تقريبًا وتشترك في خصائص متشابهة. فعلى سبيل المثال، إذا كانت سحابة الغاز والغبار التي تكوّن فيها التكتل غنية بعناصر معينة، فستحتوي النجوم المتكوّنة فيه أيضًا على كميات وفيرة من تلك العناصر.
هناك نوعان من العناقيد النجمية: العناقيد المفتوحة (المجرية) والعناقيد الكروية. ويتميز هذان النوعان بعدة خصائص.
تجمعات النجوم المجرية
تُعدّ التجمعات النجمية المفتوحة عمومًا تجمعات غير منتظمة التوزيع من النجوم، ويتراوح عدد نجومها بين بضع عشرات وبضعة آلاف. وتوجد هذه التجمعات بكثرة في مستوى المجرة، ومعظم نجومها لم يتجاوز عمرها عشرة مليارات سنة. بل إن بعضها مُدمج في بقايا سحابة الغاز والغبار التي نشأت منها.
ترتبط النجوم التي تُشكّل العناقيد المفتوحة ببعضها البعض بفعل جاذبية ضعيفة. ونتيجةً لذلك، قد يتفكك العنقود بسبب تفاعلات غير منتظمة مع أجسام أخرى أثناء دورانه حول المجرة، وقد تغادر بعض نجومه العنقود.
الأخوات السبع: الثريا
نظراً لأن العناقيد المفتوحة أكثر تشتتاً وعدم انتظام من العناقيد الكروية، يمكن تمييز النجوم المكونة لها بسهولة، حتى باستخدام تلسكوب بسيط. بل إن بعضها مرئي بالعين المجردة. والثريا مثال على هذه العناقيد.
تُعدّ الثريا واحدة من أجمل أجرام ميسييه التي يمكن رصدها بالعين المجردة. تضمّ هذه المجموعة النجمية أكثر من ألف نجم، ويمكن رؤية نجومها السبعة الساطعة، والمعروفة باسم "الأخوات السبع"، حتى من المناطق الحضرية ذات التلوث الضوئي النسبي. تقع معظم نجوم هذه المجموعة في منطقة تبعد 440 سنة ضوئية.
تتحرك الثريا عبر المجرة نحو منطقة قريبة من قدم كوكبة الجبار (الصياد). ومن المتوقع أن تبقى الجاذبية محافظة على تماسك العنقود خلال 250 مليون سنة مقبلة. لكن مع استمرار تحركه، ستبتعد أعضاؤه بعضها عن بعض تدريجيًا، وسيتفكك، شأنه شأن كثير من العناقيد النجمية المفتوحة الأخرى.
ما العناقيد النجمية المفتوحة والكروية؟ وأين توجد الآن النجوم التي وُلدت مع الشمس؟
أكبر هياكل الكون: ما هي مجموعات المجرات، والعناقيد، والعناقيد العملاقة؟
كم عدد المجرات الموجودة في الكون؟
المجموعة المتفككة: مجموعة الدب الأكبر المتحركة
إن النجوم التي تُشكّل معظم الأبراج هي في الواقع مستقلة تمامًا وغير مرتبطة ببعضها. فعلى سبيل المثال، يقع نجم بيلا تريكس، أحد النجوم التي تُشكّل برج الجبار الشهير، على بُعد حوالي 250 سنة ضوئية من الأرض، بينما يقع نجم رجل الجبار، الموجود أيضًا في البرج نفسه، على بُعد أكثر من 800 سنة ضوئية من الأرض.
لكن الوضع يختلف قليلاً بالنسبة لكوكبة الدب الأكبر. تُعدّ مجموعة الدب الأكبر المتحركة مثالاً على عنقود نجمي مفتوح متفتت. تشكّل هذا العنقود قبل مئات الملايين من السنين، على بُعد يتراوح بين 78 و84 سنة ضوئية، وهو الآن منتشر على مساحة قطرها 30 سنة ضوئية. ستة من ألمع نجوم الكوكبة تنتمي إلى هذا العنقود.
كوكبة الدب الأكبر الشهيرة ومجموعة بنات نعش. ستة من النجوم الثمانية التي تتكوّن منها المجموعة (أحدها نظام نجمي ثنائي، كما يظهر في الصورة) تنتمي إلى هذه الحشد النجمي المفتوح، وتكاد تكون متساوية البعد. أما النجمان عند طرفي المغرفة ومقبضها فلا ينتميان إلى هذا الحشد.
العناقيد النجمية الكروية
تُعدّ التجمعات النجمية الكروية تجمعات نجمية كثيفة للغاية تتكون من آلاف أو حتى ملايين النجوم. وهي تدور في الغالب حول هالة المجرة وتتألف من أقدم نجوم المجرة.
تتخذ التجمعات النجمية الكروية شكلاً كروياً نتيجةً للجاذبية العالية لمئات الآلاف من النجوم. وهي لا تحتوي تقريباً على سحب من الغاز والغبار.
يبدو أن عدد العناقيد الكروية في مجرة ما يرتبط بكتلتها. ويُعرف نحو 150 عنقودًا كرويًا في درب التبانة، لكن من المرجح أن مزيدًا من العناقيد يختبئ خلف قرصها الكثيف. أما مجرة أندروميدا، أقرب جيراننا المجريين، فتضم أكثر من 400 عنقود كروي. وتحتوي M87، وهي مجرة إهليلجية ضخمة تضم عدة تريليونات من النجوم، على نحو 15,000 عنقود كروي!
أكبر عنقود نجمي في مجرة درب التبانة: أوميغا قنطورس
يُعدّ عنقود أوميغا قنطورس، الذي يضمّ حوالي 10 ملايين نجم، أكبر عنقود نجمي كروي في مجرة درب التبانة، ويقع على بُعد حوالي 15,000 سنة ضوئية من الأرض. ويبلغ قطر هذا العنقود الضخم 150 سنة ضوئية، أي أنه أكبر بعشر مرات من العنقود الكروي النموذجي!
تتميز عنقود أوميغا قنطورس بكثافة عالية لدرجة أن المسافة بين نجومه لا تتجاوز 0.16 سنة ضوئية في المتوسط. وللمقارنة، فإن أقرب نجم إلى الشمس هو بروكسيما قنطورس، الذي يبعد عنها 4.2 سنة ضوئية فقط. وهذا يعني أن نجوم عنقود أوميغا قنطورس متقاربة للغاية.
الثقوب السوداء «متوسطة الكتلة» في العناقيد الكروية
العناقيد النجمية الكروية شديدة الكثافة، ما يجعلها أكثف بكثير من بقية المجرة. وتؤدي هذه الكثافة إلى زيادة وجود الأجرام المدمجة، مثل الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية والأقزام البيضاء، في العناقيد الكروية. وتشير الحسابات النظرية إلى أن تواتر هذه الأجرام في العناقيد الكروية أعلى بنحو 100 مرة من تواترها في بقية المجرة.
تشير الصور الملتقطة بواسطة تلسكوب هابل الفضائي والبيانات من مطياف GMOS في مرصد جيميني الجنوبي في تشيلي إلى أن نجم أوميغا قنطورس قد يحتوي على ثقب أسود متوسط الكتلة نادر ومراوغ في مركزه. وتوضح عالمة الفلك إيفا نويولا من معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية خارج الأرض في غارشينغ ما يلي:
تُظهر هذه النتيجة وجود نطاق متصل لكتل الثقوب السوداء، من فائقة الكتلة إلى متوسطة الكتلة ثم منخفضة الكتلة.
قام نويولا وزملاؤه بقياس حركة ولمعان النجوم في مركز عنقود أوميغا قنطورس. وتشير الحسابات إلى وجود ثقب أسود بكتلة تقارب 40 ألف كتلة شمسية في مركز العنقود.
أوميغا قنطورس هي واحدة من التجمعات النجمية الكروية التي تحتوي على ثقب أسود. وقد رصد تلسكوب هابل الفضائي سابقًا وجود ثقب أسود آخر متوسط الكتلة، تبلغ كتلته 20,000 كتلة شمسية، في مركز التجمع النجمي G1 في مجرة أندروميدا.
قبل هذه الملاحظة، لم يكن لدينا سوى مثال واحد على ثقب أسود متوسط الكتلة - يقع في المجموعة الكروية G1 القريبة في مجرة أندروميدا.
وبالمثل، تشير البيانات من هابل إلى أن العنقود الكروي M15 في مجرتنا يحتوي أيضًا على ثقب أسود بكتلة تبلغ حوالي 4000 كتلة شمسية في مركزه.
قد توفر الثقوب السوداء في مراكز العناقيد الكروية إجابات عن أسئلة حول تشكّل المجرات. يقول رولاند فان دير ماريل من معهد علوم تلسكوب الفضاء في بالتيمور:
بفضل هذه البيانات الجديدة من تلسكوب هابل، لن نتعلم فقط كيفية تشكل الثقوب السوداء، بل ستساعدنا هذه البيانات على ربط التجمعات الكروية بالمجرات، وستوفر لنا رؤى ثاقبة حول إحدى أهم المشكلات التي لم تُحل بعد في علم الفلك اليوم: كيف يتشكل تركيب المجرات في الكون.
يقترح كارل جيبهاردت من جامعة تكساس في أوستن أن الثقوب السوداء متوسطة الكتلة التي اكتشفها تلسكوب هابل يمكن أن تكون اللبنات الأساسية للثقوب السوداء فائقة الكتلة الموجودة في مراكز معظم المجرات.
هناك نظريتان رئيسيتان لتكوين الثقوب السوداء: إما أن يتكون الثقب الأسود دفعة واحدة عن طريق وضع كمية كبيرة من المادة في مركز المجرة أثناء تشكلها، أو أن يبدأ بثقب أسود ينمو بمرور الوقت، كالبذرة. وتشير الأدلة الرصدية إلى أن هذا هو الاحتمال الأول: البدء بثقب أسود صغير.
ظلّ علماء الفلك يبحثون عن الثقوب السوداء في العناقيد الكروية لنحو ثلاثين عامًا. وكان العائق الوحيد أمامهم هو عدم قدرة التلسكوبات الأرضية على تمييز النجوم الأقرب إلى الثقب الأسود الذي يُعتقد وجوده في مركز العنقود بسهولة. إلا أن الدقة العالية لتلسكوب هابل الفضائي قد تغلبت على هذا العائق. ويقول الباحثون إن البحث الذي دام عقودًا عن الثقوب السوداء قد انتهى الآن.
تحديد أعمار العناقيد من خلال المعدنية النجمية
يمكن تحديد عمر التكتل من العناصر التي تحتوي عليها نجومه. فالنجوم التي تكوّن تكتلات فتية أغنى بالمعادن. وعلى العكس، تكون التكتلات الأقدم أقل غنى بالمعادن بكثير، لأنها تكوّنت قبل نشوء العناصر الأثقل في الكون.
تُعدّ التجمعات النجمية الكروية القريبة من مركز مجرة درب التبانة أقدم من تلك الأبعد. وهذا يشير إلى أن التجمعات الأحدث تشكلت خلال اندماجات مع مجرات أخرى، بينما بقيت التجمعات الأقدم منذ نشأة المجرة.
المجموعة التي ولدت فيها الشمس
وُلدت الشمس قبل 4.5 مليار سنة في عنقود نجمي مفتوح ومتناثر، يُرجح أنه كان يضم ما بين 1,000 و10,000 نجم. ونعرف ذلك لأن النجوم التي تتشكل في العناقيد الكثيفة تتفاعل جاذبيًا بعضها مع بعض باستمرار، مما يؤدي إلى تشتت الأقراص التي ستتشكل منها الكواكب حولها. ومع ذلك، للنظام الشمسي منظومة كوكبية كبيرة جدًا، تضم الأرض.
تكوين الشمس
في الواقع، تبقى العديد من السدم خاملة وثابتة حتى تتعرض لحدثٍ ما. وينطبق هذا أيضًا على سحابة الغاز والغبار التي ستشكل فيما بعد النظام الشمسي. مع ذلك، قبل ملايين السنين من نشأة الشمس، حفّز شيءٌ ما السديم. ويعتقد علماء الفلك أن هذا التحفيز كان نتيجة انفجار مستعر أعظم. إذ يمكن للموجات الصدمية الناتجة عن المستعر الأعظم أن تؤثر على السديم، مُطلقةً عملية تكوين النجوم. كما تؤكد دراسات النيازك فكرة أن السديم الذي سيشكل النظام الشمسي قد نشأ نتيجة انفجار مستعر أعظم.
إذا كنت مهتمًا بمعرفة المزيد عن تكوين الشمس والنظام الشمسي وتطورهما، يمكنك قراءة مقالنا. لن نتطرق إلى التفاصيل هنا التزامًا بالموضوع.
تجزئة التجمعات
ترتبط أعضاء التجمعات النجمية المفتوحة ببعضها البعض بفعل جاذبية ضعيفة. ولذلك، تتفكك هذه التجمعات على مدى ملايين السنين أثناء حركتها.
تُكمل الشمس دورة كاملة حول مجرة درب التبانة في غضون 200 إلى 250 مليون سنة. وبذلك، يكون نجمنا قد أكمل 18 دورة كاملة حول المجرة حتى الآن (ونحن الآن في دورتنا التاسعة عشرة). هذه المدة كافية لتفكك وتلاشي أي تجمع نجمي مفتوح.
البحث عن أشقاء الشمس المفقودين
تحمل النجوم المتكونة في نفس العنقود النجمي آثار السديم الذي تشكل منه العنقود، وذلك لتشابه تركيبها الكيميائي. وهذا أشبه ببصمة مميزة. فعلى سبيل المثال، عند فحص البيانات الطيفية لنجوم عنقود الثريا، يسهل معرفة أنها تشكلت من نفس سحابة الغاز والغبار.
بيانات طيفية لستة نجوم في الثريا، جمعها فلكي هاوٍ. أطياف النجوم متشابهة عمومًا، باستثناء بعض التفاصيل.
ونتيجة لذلك، تبيّن أن النجم HD 162826، الذي يملك الوفرة العنصرية والمعلمات المدارية نفسها التي للشمس، هو النجم الشقيق للشمس. ومن المرجح أن HD 162826 نشأ في الموقع نفسه الذي نشأت فيه الشمس قبل 4.5 مليارات سنة.
أوضح راميريز:
إن العثور على نجم شبيه بالشمس يُعدّ أمراً مثيراً. لم نتوقع اكتشاف أي نجم من هذا النوع. نتوقع أن يكون عدد هذه النجوم ضئيلاً للغاية.
النجم HD 162826 هو شقيق الشمس، لكنه ليس توأمها، وهو أكبر منها بنسبة 15 بالمئة.
يقع HD 162826 في كوكبة الجاثي. وهو بالقرب من النسر الواقع، خامس ألمع نجم في السماء.
بحسب راميريز، فإن وجود كوكب عملاق مثل المشتري حول النجم HD 162826 أمر غير مرجح. مع ذلك، قد توجد كواكب أرضية أصغر حجماً مثل الأرض أو المريخ أو الزهرة.
إنّ كون النجم HD 162826 قد نشأ في نفس موقع النظام الشمسي، واحتمالية احتوائه على كواكب شبيهة بالأرض، يجعله هدفًا رئيسيًا للبحث عن حياة خارج كوكب الأرض. وأوضح راميريز أنه على الرغم من ضآلة هذه الاحتمالية، إلا أنها ليست معدومة، وأنّ المواد الحاملة للحياة قد تنتقل بين النجوم، حاملةً معها بذور الحياة من الأرض إلى كواكب في أنظمة نجمية أخرى.
يمكن القول إن الأجرام السماوية المصاحبة للشمس هي مرشحة رئيسية في البحث عن حياة خارج كوكب الأرض.
مهمة جايا
تجمع بعثة Gaia، التي أطلقتها ESA عام 2013، بيانات عن حركات 1.3 مليار نجم في مجرتنا ومسافاتها باستخدام اختلاف المنظر. ويمكن للقياسات المأخوذة من الفضاء أن تحقق نتائج أفضل بكثير من القياسات الأرضية.
ستُسهّل الإمكانيات الواسعة التي توفرها مهمة غايا البحث عن النجوم الشقيقة للشمس بشكل كبير. ووفقًا لراميريز، سيزداد عدد النجوم التي يمكن دراستها بمقدار 10000 ضعف!
كل نجم شقيق للشمس يكتشفه العلم سيقربنا خطوة واحدة من فهم أصول النظام الشمسي.