في المهد الكوني العملاق — سديم الرتيلاء — تفحّص علماء الفلك 122 نجمًا ضخمًا، كلٌّ منها أثقل من الشمس بـ30 مرة أو أكثر. قاسوا محتوى النيتروجين في أغلفتها الجوية، فكانت الصورة مفاجئة. جميع النجوم التي تزيد كتلتها عن مئة كتلة شمسية تقريبًا أصبحت «أبطالًا في النيتروجين»: مستوى هذا العنصر فيها تجاوز توقعات النماذج القياسية بنسبة تتراوح بين 5 و10 أضعاف.
النيتروجين بهذه الكميات ليس مجرد تفصيلة كيميائية؛ إنه أثر لعمليات عميقة. في باطن النجوم الضخمة، حيث تبلغ درجات الحرارة والضغوط قيمًا لا يمكن تصورها، يتحول الكربون والأكسجين إلى نيتروجين. ولكي يصعد هذا النيتروجين إلى السطح ويصبح مرئيًا، يجب أن تختلط المادة باضطراب شديد. لكن النماذج القياسية تسمح فقط بـ«تسرب» محدود للمادة خارج حدود النواة الحملانية. أما الملاحظات فتتطلب أن يكون الاختلاط أقوى بعدة مرات.
اختبر العلماء تفسيرات أخرى. هل الأمر متعلق بنجوم مرافقة «تسلخ» الطبقات الخارجية؟ أم برياح نجمية قوية بشكل خاص؟ أم بخصائص ولادة النجوم في هذا السديم؟ لم يستطع أيٌّ من هذه الفرضيات إعادة إنتاج الصورة المرصودة. بقي تفسير واحد: الاختلاط بالفعل أكثر فعالية بكثير، ويبدو أنه يحدث في المراحل المبكرة جدًا من حياة النجم أو حتى لحظة تكوينه.
هذا اللغز مرتبط بماضي الكون البعيد. في أطياف المجرات الشابة، التي نراها كما كانت بعد بضع مئات الملايين من السنين بعد الانفجار العظيم، نجد أيضًا نيتروجينًا زائدًا بشكل غير متوقع. ربما يكمن مفتاح هذا السر القديم في الباطن المضطرب لعمالقة النجوم الحديثة في سديم الرتيلاء.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2607.06828
Recent observations of young galaxies in the high-redshift Universe reveal signs of early enrichment of nitrogen. Extremely massive stars ($$M \gtrsim 10^{2}-10^3\,M_\odot$$) with strong stellar winds have been proposed as a potential driver of this phenomenon. Here, we show that the observed fraction of nitrogen rich stars with masses $$\gtrsim 100M_\odot$$ cannot be explained solely by mass loss, requiring significantly more efficient mixing beyond their convective cores than accounted in present evolutionary models. We compile a representative sample of 122 stars in the Tarantula Nebula of the Large Magellanic Cloud (LMC) with masses $$M \gtrsim 30\,M_\odot$$. Nearly all stars with masses $$M \gtrsim 100\,M_\odot$$ exhibit strong nitrogen enrichment, by factors $$\gtrsim 5-10$$. We demonstrate that this trend cannot be reproduced by varying assumptions on binary fraction, star formation history, or mass-loss rates within ranges predicted by current empirical and theoretical models. In contrast, enhanced core overshooting of $$\alpha_\text{ov}\gtrsim 1$$ can account for the observed enrichment, but leads to quasi-chemically homogeneous evolution that is inconsistent with the observed Hertzsprung-Russell diagram. While the origin of this discrepancy remains unclear, our results, in combination with observational and theoretical constraints on mass-loss rates, suggest the presence of efficient early mixing operating during or shortly after the formation of very massive stars. Such mixing models are currently not included in stellar evolution models. These findings have immediate implications for the formation, radial expansion, evolution, and final fates of stars at the upper mass end, and provide a potential pathway to explaining the rapid nitrogen enrichment observed in the high-redshift Universe.
سديم الرتيلاء هو أكثر مناطق تشكل النجوم نشاطًا في المجموعة المحلية. لو كان في مكان سديم الجبار، لشغل مساحة تعادل 60 قمرًا في السماء، ولكان ساطعًا لدرجة أنه يلقي ظلالًا في الليل.
في رواية «الآلهة أنفسهم» للكاتب إسحاق أسيموف، تُوصف حضارة تعيش في ظروف اختلاط شديد للمادة داخل نجم، وهو ما يشبه عن بُعد العمليات التي قد تحدث في باطن النجوم فائقة الكتلة.