أريج الظهيرة الكونية: كيف تنجو الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات في جحيم الكوازار المزدوج

‹›

عصر الظهيرة الكونية هو الوقت الذي كانت فيه الكون تعيش شباباً عاصفاً. بعد ثلاثة مليارات عام من الانفجار العظيم، كانت المجرات تلد النجوم بوتيرة جنونية، وفي مراكزها كانت تنمو ثقوب سوداء فائقة الكتلة. في ذلك الوقت المضطرب نشأت أنظمة مزدوجة مثل J0749+2255 – مجرتان تندمجان في واحدة، كل منهما مع وحشها المركزي. بفضل أعمال إدوين هابل وجورج لومتر، نعرف أن الضوء من هذا الزوج استغرق أكثر من 10 مليار سنة ليصل إلينا، مخترقاً الفضاء المتوسع. وهكذا، بتوجيه المطياف بالأشعة تحت الحمراء MIRI المثبت على JWST نحو هذا النظام البعيد، استنشق الفلكيون شيئاً مذهلاً – أريج جزيئات عضوية.

هذه الجزيئات – الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات، أو PAHs – هي عطور كونية حقيقية. تخيل زجاجة عطر معقد: فيها نوتات أساسية ثابتة، مثل حلقات الكربون الكبيرة، ونوتات عليا متطايرة – السلاسل الأليفاتية المرتبطة بالحلقات. تماماً هكذا، تتكون PAHs من هيكل كربوني تبرز منه زغبات هيدروجينية. عندما تعرّضها الثقوب السوداء والنجوم الفتية للأشعة فوق البنفسجية، تبدأ الجزيئات في التوهج في نطاق الأشعة تحت الحمراء، مما يكشف عن تركيبها. باستخدام التحليل الطيفي، فك جهاز MIRI هذا الضوء إلى مكوناته، وتمكن العلماء، باستخدام كود PAHFIT، من عزل حزمتين مميزتين: عند 3.3 و 3.4 ميكرومتر. الأولى تقابل الروابط العطرية بين الكربون والهيدروجين، والثانية تقابل الروابط الأليفاتية. كان من المتوقع أنه بالقرب من النوى، حيث الإشعاع قاسٍ بشكل خاص، ستُدمر الذيول الأليفاتية، مثل أريج رقيق في لهب. لكن الواقع كان مختلفاً.

بلغت النسبة الأليفاتية – حصة الكربون في المجموعات الجانبية – 14% في واحدة من ألمع النقاط على النواة. وبالمقارنة، في المجرة الشهيرة 'الانفجارية' M82 تبلغ هذه النسبة 8.4% فقط. قد يبدو أنه كلما ابتعدنا عن المركز، أصبح الوضع آمناً لهذه الجزيئات الرقيقة، لكن البيانات أظهرت اتجاهاً معاكساً: في المناطق الخارجية، النسبة أقل في المتوسط وتتراوح بين صفر و15%. والأكثر من ذلك، رسم إشعاع PAHs هياكل غامضة تشبه ذيولاً مدّية وأذرعاً حلزونية، غير مرئية في صور هابل. وهكذا أظهرت العطور الكونية الرسم الخفي لرقصة اندماج المجرات، مثل حبر غير مرئي على خريطة عالم الفيزياء الفلكية.

هذا الاكتشاف يزعزع الاعتقاد الراسخ بأن جزيئات PAH الصغيرة لا تستطيع البقاء بالقرب من النوى النشطة. إما أن التأثير المدمر للأشعة فوق البنفسجية وموجات الصدمة مبالغ فيه، أو أن هناك آليات غير معروفة تعيد بناء الجزيئات فوراً بعد تكسر الروابط. كما لو أن عطراً يعيد أريجه بمعجزة بعد أن أُحرق. بالنسبة لعلم الكون، هذا يعني أن الشبكات الكيميائية في محاكاة تطور المجرات تحتاج إلى إعادة نظر، وأن PAHs تصبح أداة قوية لتشخيص الاندماجات. في المستقبل، سيتيح جيمس ويب والتلسكوب الأرضي العملاق ELT إجراء 'تصوير مقطعي عطري' مفصل لهذه الأنظمة، مما يفصل بين مساهمات الحاضنات النجمية والثقوب السوداء. نحن على أعتاب عصر ستخبرنا فيه رائحة المجرات كيف تتجمع العوالم من الغبار الكوني.