قد لا تكون النجوم الأولى ضخمة بشكل موحد كما اعتقد علماء الفلك

على مدى عقود ، تساءل علماء الفلك عن شكل النجوم الأولى في الكون. شكلت هذه النجوم عناصر كيميائية جديدة ، والتي أثرت الكون وسمحت للأجيال القادمة من النجوم بتشكيل الكواكب الأولى.

كانت النجوم الأولى تتألف في البداية من الهيدروجين النقي والهيليوم ، وكانت ضخمة – مئات إلى آلاف المرات كتلة الشمس وملايين المرات أكثر مضيئة. انتهت حياتهم القصيرة في انفجارات هائلة تسمى Supernovae ، لذلك لم يكن لديهم الوقت أو المواد الخام لتشكيل الكواكب ، ولم يعد من المفترض أن يكون هناك علماء الفلك لمراقبة.

على الأقل هذا ما فكرنا فيه.

تشير دراستان نشرت في النصف الأول من عام 2025 إلى أن انهيار السحب الغازية في الكون المبكر قد يكون قد شكل نجومًا منخفضة الكتلة أيضًا. تستخدم إحدى الدراسات محاكاة الكمبيوتر الفلكية الجديدة التي تعزز الاضطراب داخل السحابة ، مما تسبب في تجزئة إلى مجموعات أصغر وتشكيل النجوم. توضح الدراسة الأخرى – تجربة مختبرية مستقلة – كيف أن الهيدروجين الجزيئي ، وهو جزيء ضروري لتشكيل النجوم ، قد يكون قد تشكلت في وقت مبكر وفي وفرة أكبر. تتضمن العملية محفزًا قد يفاجئ معلمي الكيمياء.

بصفتي عالم فلك الذي يدرس تشكيل النجم والكوكب واعتمادهم على العمليات الكيميائية ، أنا متحمس لإمكانية أن تكون الكيمياء في أول 50 مليونًا إلى 100 مليون عام بعد الانفجار الكبير قد تكون أكثر نشاطًا مما توقعنا.

تشير هذه النتائج إلى أن الجيل الثاني من النجوم – أقدم النجوم التي يمكن أن نلاحظها حاليًا وربما مضيفي الكواكب الأولى – ربما تكون قد تشكلت قبل أن يعتقد علماء الفلك.

تشكيل النجوم البدائية

تتشكل النجوم عندما تكون السحب الهائلة من الهيدروجين عدة سنوات ضوئية عبر الانهيار تحت جاذبيتها الخاصة. يستمر الانهيار حتى يحيط كرة مضيئة نواة كثيفة ساخنة بما يكفي للحفاظ على الانصهار النووي.

يحدث الانصهار النووي عندما تكتسب ذرتين أو أكثر طاقة كافية للتنصيب معًا. تنشئ هذه العملية عنصرًا جديدًا وتطلق كمية لا تصدق من الطاقة ، والتي تسخن قلب النجوم. في النجوم الأولى ، دمج ذرات الهيدروجين معًا لإنشاء الهيليوم.

يضيء النجم الجديد لأن سطحه ساخن ، لكن الطاقة التي تغذي اللمعان تتسرب من قلبها. لمعان النجم هو إجمالي ناتج الطاقة في شكل الضوء. سطوع النجم هو جزء صغير من هذا اللمعان الذي نلاحظه مباشرة.

هذه العملية التي تشكل فيها النجوم عناصر أثقل بواسطة الانصهار النووي تسمى التخليق النيوي النجمي. يستمر في النجوم بعد أن تتشكل مع تغير خصائصها الفيزيائية ببطء. يمكن للنجوم الأكثر ضخامة أن تنتج عناصر أثقل مثل الكربون والأكسجين والنيتروجين ، وصولاً إلى الحديد ، في سلسلة من تفاعلات الانصهار التي تنتهي في انفجار supernova.

يمكن أن تخلق Supernovae عناصر أثقل ، واستكمال الجدول الدوري للعناصر. يمكن للنجوم ذات الكتلة المنخفضة مثل الشمس ، مع نوىها الباردة ، الحفاظ على الانصهار فقط حتى الكربون. أثناء استنفاد الهيدروجين والهيليوم في نوىهم ، يتوقف الانصهار النووي ويتبخر النجوم ببطء.

النجوم ذات الكتلة العالية لها ضغط ودرجة حرارة عالية في نوىهم ، لذلك يحرقون مشرقًا ويستخدمون الوقود الغازي بسرعة. إنها تدوم بضعة ملايين فقط ، في حين أن النجوم المنخفضة الكتلة-تلك التي تقل عن مرتين كتلة الشمس-تتطور ببطء أكبر ، مع عمر مليارات المليارات أو حتى تريليونات السنين.

إذا كانت النجوم الأولى كانت جميعها من النجوم ذات الكتلة العالية ، لكان قد انفجروا منذ فترة طويلة. ولكن إذا تشكلت النجوم المنخفضة الكتلة أيضًا في الكون المبكر ، فقد لا تزال موجودة لنا لمراقبة.

الكيمياء التي تبرد الغيوم

كانت أول غيوم غاز تشكيل النجوم ، والتي تسمى السحب البروتيلار ، دافئة-درجة حرارة الغرفة تقريبًا. الغاز الدافئ لديه ضغط داخلي يدفع إلى الخارج ضد القوة الداخلية للجاذبية في محاولة لانهيار السحابة. يبقى بالون الهواء الساخن مضخمة بنفس المبدأ. إذا توقف اللهب الذي يسخن الهواء عند قاعدة البالون ، يبرد الهواء في الداخل ويبدأ البالون في الانهيار.

فقط الغيوم البروتيلار الأكثر ضخامة مع معظم الجاذبية يمكن أن تتغلب على الضغط الحراري وتنهار في النهاية. في هذا السيناريو ، كانت النجوم الأولى جميعها ضخمة.

الطريقة الوحيدة لتشكيل النجوم ذات الكتلة المنخفضة التي نراها اليوم هي أن تبرد الغيوم البروتيلار. يبرد الغاز في الفضاء عن طريق الإشعاع ، والذي يحول الطاقة الحرارية إلى الضوء الذي يحمل الطاقة خارج السحابة. ذرات الهيدروجين والهيليوم ليست مشعات فعالة أقل من عدة آلاف من الدرجات ، ولكن الهيدروجين الجزيئي ، H₂ ، كبير في غاز التبريد في درجات حرارة منخفضة.

عندما ينشط ، ينبعث من الضوء بالأشعة تحت الحمراء ، والذي يبرد الغاز ويقلل من الضغط الداخلي. هذه العملية من شأنها أن تجعل الانهيار الجاذبية أكثر احتمالا في السحب منخفضة الكتلة.

لعقود من الزمن ، قام علماء الفلك بأنه قد أدى إلى انخفاض وفرة من H₂ في وقت مبكر عن الغيوم الأكثر سخونة التي سيكون ضغطها الداخلي ساخنًا للغاية بحيث لا يمكن أن ينهار بسهولة إلى النجوم. وخلصوا إلى أن الغيوم مع كتل هائلة ، وبالتالي الثقل الأعلى ، ستنهار – تاركة نجومًا أكثر ضخامة.

هيدريد الهيليوم

في مقال في مجلة يوليو 2025 ، أظهر الفيزيائي فلوريان جروسى والمتعاونين في معهد ماكس بلانك للفيزياء النووية أن الجزيء الأول الذي يتشكل في الكون ، كان من الممكن أن يكون هيدريد الهيليوم ، هيه ، أكثر وفرة في الكون المبكر مما كان يعتقد سابقًا. استخدموا نموذج الكمبيوتر وأجروا تجربة مختبر للتحقق من هذه النتيجة.

هيدريد الهيليوم؟ في العلوم في المدارس الثانوية ، ربما تعلمت أن الهيليوم غاز نبيل ، مما يعني أنه لا يتفاعل مع ذرات أخرى لتشكيل جزيئات أو مركبات كيميائية. كما اتضح ، فإنه يحدث – ولكن فقط في ظل الظروف المتفرقة والظلام في الكون المبكر ، قبل تشكيل النجوم الأولى.

يتفاعل Heh⁺ مع Deuteride الهيدروجين – HD ، وهو واحد من ذرة الهيدروجين العادية المرتبطة بذرة ديوتيريوم أثقل – لتشكيل H₂. في هذه العملية ، يعمل Heh⁺ أيضًا كمبرد ويطلق الحرارة في شكل ضوء. لذلك ، قد تكون الوفرة العالية لكلا المبردات الجزيئية في وقت سابق قد سمحت بسحب أصغر أن تبرد بشكل أسرع وانهيار لتشكيل نجوم منخفضة الكتلة.

يؤثر تدفق الغاز أيضًا على الكتل الأولية النجمية

في دراسة أخرى ، نُشرت في يوليو 2025 ، قاد عالم الفيزياء الفلكية Ke-Jung Chen مجموعة أبحاث في معهد الأوساط الأكاديمية لعلم الفلك والفيزياء الفلكية باستخدام محاكاة كمبيوتر مفصلة على غرار كيفية تدفق الغاز في الكون المبكر.

أظهر نموذج الفريق أن الاضطراب ، أو الحركة غير المنتظمة ، في غيوم الغاز المنهارة العملاقة يمكن أن تشكل شظايا سحابة منخفضة الكتلة تتكثف منها النجوم ذات الكتلة المنخفضة.

وخلصت الدراسة إلى أن الاضطراب قد سمحت بسحب الغاز المبكرة هذه بتكوين النجوم إما بنفس الحجم أو ما يصل إلى 40 مرة أكثر من كتلة الشمس.

تتوقع كلتا الدراستين الجديدتين أن أول عدد من النجوم كان يمكن أن يشمل النجوم المنخفضة الكتلة. الآن ، الأمر متروك لنا لعلماء الفلك الرصديين للعثور عليهم.

هذه ليست مهمة سهلة. النجوم المنخفضة الكتلة لديها اللوزمات المنخفضة ، لذلك فهي باهتة للغاية. وقد أبلغت العديد من الدراسات الرصدية مؤخرًا عن اكتشافات محتملة ، لكن لم يتم تأكيد أي منها بعد بثقة عالية. إذا كانوا هناك ، فسنجدهم في النهاية.

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة ، وهي مؤسسة إخبارية مستقلة غير ربحية تجلب لك الحقائق والتحليلات الجديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتبه: لوك كيلر ، كلية إيثاكا

اقرأ المزيد:

لا يعمل Luke Keller مع أسهم أو استشارةها أو تتلقها من أي شركة أو مؤسسة ستستفيد من هذه المقالة ، ولم تكشف عن أي انتماءات ذات صلة تتجاوز تعيينها الأكاديمي.