الفيزياء النجمية astro-ph.SR

التلسكوب الراديوي RATAN-600 هو حلقة من مئات الألواح الألومنيومية على منحدر جبل في قراتشاي-تشيركيسيا. في ربيع عام 2018، التقطت مرآته موجات راديوية من ستة عشر قزمًا أحمر — نجوم صغيرة وخافتة ولكنها طويلة العمر جدًا. لكل منها كواكب مشابهة للأرض في الحجم وتقع في "منطقة الحياة": ليست حارة جدًا ولا باردة جدًا، حيث يمكن أن تبقى المياه سائلة.

إلى الشمال من الميكروكويزار SS 433، في نطاق الأشعة السينية اللينة، ظهر قوس. خافت، ضبابي، لكنه يعيد بإصرار رسم ملامح كانت معروفة بالفعل من رصد الموجات الراديوية. درس علماء الفلك طيفه، فرأوا غازًا مسخنًا إلى أحد عشر مليون كلفن. غاز لا يمكن أن تصل حرارته إلى هذا المستوى لا بالنفاثات ولا برياح قرص التراكم. هذا الغاز هو موجة صدمة متجمدة.

يُكمل النظام الشمسي دورة كاملة حول مركز درب التبانة كل 210 ملايين سنة. آخر مرة كنا فيها على هذا الجانب من المجرة كانت عندما كانت الديناصورات المبكرة تجوب الأرض. هذا الرقم، 243.72 كم/ث، أمكن تحسينه بفضل نجوم نادرة تندفع عبر المجرة مثل قذائف المدفع. النجوم عالية السرعة هي مسابر تستكشف الحقل الثقالي للمجرة.

في الحقول العميقة لإقليدس، تتوهج نجوم لم تكن في الكتالوجات. التلسكوب الذي صُمم لرسم خريطة المادة المظلمة عمل ككاميرا فخّ: لقطة واحدة، وينحصر الانفجار الكوني في الإطار. في الإصدار السريع للبيانات Q1، صُوّرت كل منطقة من السماء مرة واحدة فقط، لذا فإن البحث التقليدي عن المستعرات العابرة (المصادر المؤقتة في السماء) عبر طرح الإطارات غير ممكن.

في مركز بقايا المستعر الأعظم SN 1987A، على بعد 168 000 سنة ضوئية من الأرض، يختبئ جسم يبحث عنه علماء الفلك منذ 37 عامًا. إنه أقرب مستعر أعظم انفجر أمام أعين التلسكوبات الحديثة، والوحيد الذي لم يُرَ بقاياه المدمجة مباشرة حتى الآن. في عام 2022، ميّز تلسكوب جيمس ويب لأول مرة خطوطًا ضيقة للأرجون والكبريت صادرة من قلب المقذوف.

في أغسطس 2024، نظر إكليلوجراف MIRI على تلسكوب جيمس ويب إلى ألفا قنطورس A، أقرب نجم شبيه بالشمس إلى شمسنا. على مسافة 1.5 ثانية قوسية من النجم، ومض مصدر نقطي S1. تدفق 3.5 ملي يانصيف، تباين 5.5×10⁻⁵. أربع إلى ست سيجما. ومضت المنارة في الضباب. لكن في فبراير وأبريل 2025، لم يعد المصدر. عاد الإكليلوجراف إلى النجم مرتين، ورأى في المرتين فراغًا فقط.

ثلاثة أجسام تجذب بعضها البعض وفق قانون الجذب العام، مسألة تعجز الرياضيات أمامها منذ ثلاثة قرون. بعد بوانكاريه أصبح واضحًا: لا يوجد حل عام، والمسارات فوضوية. لكن داخل هذه الفوضى توجد جزر من النظام، وهي المدارات الدورية حيث تتكرر الحركة. لفترة طويلة، لم يُعثر إلا على مدارات مستوية تقع في مستوى واحد، مثل الدوائر على سطح الماء.

في قلب السحابة الجزيئية، حيث تنخفض درجة الحرارة إلى 10–20 كلفن وتصل كثافة الغاز إلى مليون جسيم في السنتيمتر المكعب، يسود ظل جليدي. هناك، بعيدًا عن ضوء النجوم، يتكثف الماء وثاني أكسيد الكربون وجزيئات أخرى على أسطح حبيبات الغبار. هذه الأغلفة الجليدية هي مواد البناء للكواكب المستقبلية، وربما مصدر الماء للحياة المستقبلية.

أربع ساعات وثماني وخمسون دقيقة. بهذا الإيقاع، وكأنه بندول، يمر شيء ما أمام القزم الأبيض ZTF J1944+4557، فيخفت ضوءه بمقدار الثلث، وأحيانًا إلى النصف تقريبًا. هذا القزم الأبيض، وهو بقايا نجمية مضغوطة بعد استنفاد الوقود، يقع في كوكبة الدجاجة، ونبضه غير مستقر: فالعبور تارة يصبح أعمق، وتارة يختفي تمامًا.

رياح تهب عكس دوران الكوكب تنفخ مسبك الكربون. هكذا يبدو الغلاف الجوي للجسم PSR J2322-2650b، وهو رفيق شبيه بالمشتري لنجم نابض ميلي ثانية. في مساءين من نوفمبر 2024، راقب تلسكوب جيمس ويب الفضائي هذا النظام، ملتقطًا طيفًا في المدى من 0.6 إلى 5.3 ميكرومتر. ظهرت في البيانات نطاقات امتصاص واضحة أمكن نسبتها إلى جزيئات C3 وC2.

في السحابة المظلمة NGC 6334I-North، على بعد 5500 سنة ضوئية من الأرض، رصد مرصد ALMA شيئًا غير متوقع: حول نجم شاب ضخم يدور قرص من الغاز والغبار، وداخله سبعة تكثفات كثيفة. كل واحد منها قد يصبح نجمًا. هكذا تبدو ولادة عائلة نجمية، عائلة كبيرة بشكل غير معتاد.

في الليلة بين 9 و10 مارس 2024، كانت سحابة من البلازما قذفتها الشمس تتطاير بعيدًا عن النجم. لقد تجاوزت بالفعل مسافة خمسة أنصاف أقطار شمسية عندما التقطت شبكة أرضية من 352 هوائيًا في وادي أوينز بكاليفورنيا إشارة راديوية قصيرة منها. لم تكن تلك الإشارة ومضة أو ضجيجًا؛ بل كانت بشكل يتعرف منه الفيزيائيون على بصمة المجال المغناطيسي.

في الحشد الكثيف من النجوم القديمة المعروف باسم العنقود النجمي الكروي M15، لم يرَ الفلكيون نجومًا فحسب، بل طبقات من الزمن. بعض النجوم وُلدت أبكر، وبعضها لاحقًا، والتركيب الكيميائي يكشف أصلها بدقة عالم آثار يقرأ طبقات مستوطنة قديمة. هذه قصة عن كيف أن انفجارًا أثرى الغاز بعناصر ثقيلة، تاركًا آثارًا غير متساوية في الجيل الأول من النجوم، بينما اختلط كل شيء بحلول الجيل الثاني.

الأقزام البنية هي أجسام تحتل موقعًا وسيطًا بين الكواكب والنجوم: فهي أضخم من الكواكب، لكنها ليست ثقيلة بما يكفي لإشعال اندماج نووي مستقر في نواتها. باطنها شديد الحرارة بينما طبقاتها العليا باردة نسبيًا، وهذا الفرق في الحرارة يولّد تيارات حمل حراري قوية — أشبه بخلاطات جوية تعمل باستمرار على مزج المادة.

رصد التلسكوب الفضائي TESS، الذي تتمثل مهمته الأساسية في البحث عن الكواكب الخارجية، أي الكواكب حول نجوم أخرى، 24 انخفاضًا قصيرًا في سطوع النجم RZ Psc. هذه التعتيمات لم تكن ناجمة عن كواكب، بل عن مذنبات — كتل جليدية يتراوح قطرها من 1 إلى 7 كيلومترات، مرت أمام قرص النجم. آلية القياس تشبه كشافًا بعيدًا: الضوء يُحجب للحظات بحصاة صغيرة، وكلما كان الظل أعمق، كان الجسم أكبر.

تخيل جسراً فوق نهر اقتُلعت وسطه: السيارات على الضفة الأخرى — مفاجأة. هكذا نظر الفلكيون لفترة طويلة إلى الثقوب السوداء ذات الكتل من 50 إلى 130 كتلة شمسية: النجوم القادرة على إنتاجها تنفجر مثل المستعرات العظمى الناتجة عن عدم الاستقرار الزوجي.

في الظلام اللامتناهي للفضاء بين النجوم، يومض الكوكب الشارد WISE 0855 بضوء حراري خافت، كأنه جمرة تخبو. حرارته لا تزيد إلا بعشر درجات فوق نقطة تجمد الماء — لو وُجدت حياة هناك، لرأت سماءً بلا شمس، في ضباب جليدي أبدي. تلسكوب 'جيمس ويب' تابع هذا الضوء الخافت باهتمام لمدة 11 ساعة، آملاً في التقاط ظل قمر عابر — وكأنما حبة مجهرية من السخام كسفت جمرة خامدة للحظة.

تعمل جاذبية الكوكب على ضغط القمر وعجنه بشكل إيقاعي كالعجين: من هذا "العجن" المستمر يسخن الباطن، ويمكن للمحيطات المائية أن تبقى طويلاً تحت القشرة الجليدية. في المجرة، ثمة كم هائل من الكواكب الشاردة التي قُذفت بفعل انفجار مستعر أعظم. هذه الكواكب العائمة بحرية تخلو من شمس، لكنها غالباً ما تحتفظ بأقمارها.

الكون مليء بكتلة غير مرئية - المادة المظلمة - والتي لا تظهر إلا من خلال الثقالة. تفترض إحدى الفرضيات أن المادة المظلمة تتكون من ثقوب سوداء بدائية - أجسام تشكلت في ظروف قصوى مباشرة بعد الانفجار العظيم. قد تبلغ كتلة هذه الثقوب السوداء كتلة كويكب، ويكون حجمها أصغر من نواة الذرة.

الأقزام البنية – أثقل من الكواكب لكنها أخف من النجوم. غلافها الجوي يشبه قدرًا يغلي: سحب من الرمل الساخن وقطرات الحديد ترتفع وتنخفض.

ثاني جسم بين نجمي مُسجَّل، المذنب 3I/ATLAS، يُظهر توهجًا شاذًا. السبب يكمن في نواته، حيث تصدأ حبيبات معدنية مجهرية.

بعيدًا خارج النظام الشمسي، في ظلام ما بين النجوم، يتجول العالم VHS 1256B — كوكب عملاق حُرم إلى الأبد من نجمه الأم. لم يتمكن علماء الفلك لفترة طويلة من تفسير السلوك الغامض لسطوعه الفوتومتري: فهو يتقلب بنسبة 40% تقريبًا خلال أيام قليلة. جاء الحل مع إطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي، الذي سمحت عيونه تحت الحمراء بالنظر إلى الغلاف الجوي لهذه الكرة الوحيدة.

الشمس ليست مجرد كرة، بل قصرًا مغناطيسيًا. خيوطها غير المرئية من القوى، مثل الأسلاك الكهربائية، تخترق الفضاء وتتحكم في الطقس الفضائي. لكننا حتى الآن كنا نرى هذه الأسلاك من باحة الدرج فقط — أي من مستوى مدار الأرض. أما دور العلية والقبو، المتمثل في القطبين المغناطيسيين، فظل لغزًا. في عام 2025، تسلل المسبار سولار أوربيتر، ككهربائي بمقياس متعدد، إلى الطوابق الخفية.

تمامًا كما تحول الخميرة الدقيق إلى عجين منتفخ، فإن "التوابل" المشعة من المستعر الأعظم — انفجار نجم ضخم في نهاية حياته — تساعد في تشكيل كوكب صخري. المكون الأساسي هنا هو الألومنيوم-26، وهو نظير مشع يطلق الحرارة عند اضمحلاله.

الرياح الشمسية ليست جدولًا هادئًا، بل حساءً فقاعيًا من الجسيمات المشحونة. مسبار باركر، الذي غاص إلى الشمس نفسها، التقط نوعين من موجات الخلط. الموجات الملتفة يسارًا، مثل مخفقة في يد طبّاخ، تخفق المادة عندما تختلف درجة الحرارة على طول الحركة وعبرها. تعصف هذه الموجات قرابة ثلث الوقت قرب النجم، مما يزيد نسبة أسرع الجسيمات - تمامًا كخلاط يدفع الرغوة إلى السطح.

في الظلام البارد للفضاء بين النجوم، تنجرف ملايين الكواكب الخارجية المارقة — عوالم غير مرتبطة جاذبيًا بأي نجم. يكاد يكون اكتشافها مباشرة مستحيلًا: فهي لا تصدر ضوءًا خاصًا بها ولا تضيئها شمس أم. ومع ذلك، عندما يمر مثل هذا المتجول أمام نجم خلفي بعيد، فإن مجاله الجاذبي يحني مسار أشعة النجم، ليعمل كعدسة كونية.

ينظر تلسكوب جيمس ويب إلى النجم TRAPPIST-1 — قزم أحمر صغير يدور حوله سبعة كواكب بحجم الأرض. ويرى أمرًا غير عادي: الومضات الساطعة على هذا النجم تصل بالكاد إلى 3500–4000 درجة. للمقارنة، تسخن الومضة الشمسية العادية إلى 9000–10000 درجة. لماذا هي باردة إلى هذا الحد؟ الجواب مختبئ في الغلاف الجوي للنجم نفسه.

منكب الجوزاء هو عملاق أحمر فائق، ومصيره أن ينتهي قريبًا بانفجار هائل كمستعر أعظم. لكن يبدو أن النجم ليس وحيدًا: فحول مدار قريب يدور رفيق صغير أُطلق عليه اسم سيفارخا. كل 2000 يوم يخترق هذا الرفيق الطبقات الخارجية الرقيقة لمنكب الجوزاء، مثل قارب يشق صفحة الماء، فيثير موجات من الغاز الملتهب.

في ثلاثة أنظمة ثنائية، يقوم قزم أبيض — وهو نواة نجم ميتة — بسرقة الغاز من جاره. الجار خافت جدًا لدرجة أنه لا يُرى بالتلسكوب العادي. نظر تلسكوب جيمس ويب إلى هذه الأزواج في ضوء الأشعة تحت الحمراء، مثل كاميرا الرؤية الليلية. ولأول مرة، التقط الضوء الصادر من النجوم المانحة نفسها. كان يُعتقد سابقًا أن النجم المانح هو الذي يضيء في نطاق الأشعة تحت الحمراء.

الشمس بجاذبيتها تخلق «كأسًا» غير مرئي، حيث لا تتناثر المادة المظلمة من نوع خاص — فائقة الخفة — بشكل عشوائي، بل تحتل درجات طاقة صارمة، مثل طبقات سائلة شفافة مختلفة الكثافة. هكذا ينشأ حول الشمس مطياف طبيعي، يفكك المادة غير المرئية إلى مستويات، تمامًا كما تشغل الإلكترونات في الذرة مدارات منفصلة.

نجم يبعد 300 سنة ضوئية يرقص مع رفيق غير مرئي. أحد جانبي النجم يسخن أكثر من الآخر، وكأن الراقص غير المرئي ينفخ عليه ريحًا ساخنة. هذا الرفيق هو نجم نيوتروني — رماد بحجم مدينة من الكثافة لدرجة أن ملعقة صغيرة من مادته تفوق وزن جبل إيفرست.

في عام 2019، شهد العملاق الأحمر الفائق منكب الجوزاء (Betelgeuse) "التعتيم العظيم"، حيث انخفض سطوعه بشكل كبير لدرجة أن علماء الفلك تحدثوا عن انفجار وشيك. لكن السبب كان سحبًا من الغبار الكوني التي قذفها النجم نفسه. الآن، تمكن تلسكوب جيميني الشمالي (Gemini North) من تمييز نجم صغير رفيق في وهج منكب الجوزاء المبهر، وهو الرفيق الذي توقعت الحسابات النظرية وجوده سابقًا.

في مراكز العديد من المجرات تكمن ثقوب سوداء فائقة الكتلة، محاطة بأقراص من الغاز و الغبار الكوني و النجوم. تصادماتها قادرة على توليد موجات ثقالية — تموجات في نسيج الزمكان.

النجم يرتجف مثل الجرس بعد قرعه. هذه الارتجافات — تذبذبات بالغة الصغر في السطوع والسطح — يمكن التقاطها بالتلسكوب. ومن ترددات هذه «النغمات النجمية» يستدل الفلكيون على ما يحدث في الداخل: كم عمر النجم، وكيف بُني. لكن لفك شيفرة اللحن، كان لا بد سابقًا من تجربة آلاف النماذج — وهو أمر بطيء ومكلف. الآن ظهرت أداة PITCHFORK — شبكة عصبية ذات بنية متشعبة.

في تيار أندروميدا النجمي — وهو شريط طويل من النجوم اقتُطع من مجرة صغيرة أثناء اصطدامها بمجرة كبيرة — لاحظ علماء الفلك نجمًا يضيء أشد من جميع جيرانه. إنه ينبض: يتمدد وينكمش كل 89 يومًا، مثل قلب ينبض بإيقاع. تُعرف هذه النجوم باسم نجوم السيفيد من النوع الثاني (Type II Cepheids)، وهذا هو ألمعها المعروف. حول النجم يدور قرص غباري — مثل حلقة زحل، لكن من غبار ساخن.

لا تدور الشمس كجسم واحد: فخط استوائها يكمل دورة أسرع من قطبَيها. هذا الاختلاف في سرعة الدوران يخلق طبقات تتحرك بسرعات مختلفة — مثل التيارات في المحيط على أعماق مختلفة. لطالما اشتبه العلماء في أن هذه التيارات هي المسؤولة عن المجال المغناطيسي للشمس، لكنهم لم يستطيعوا الجزم بمكان ولادته بالضبط.

في البلازما شديدة الحرارة — وهي غاز من الجسيمات المشحونة — تعمل الحقول الكهربائية الفوضوية كنوع من المنخل. الجسيم البطيء يحيط نفسه بسحابة من الجسيمات ذات الشحنة المعاكسة — "معطف" من الاستقطاب يحجب الحقل الخارجي ويمنعه من التأثير على الجسيم. أما الجسيم السريع فيتحرك بسرعة كبيرة جدًا بحيث لا يستطيع الاحتفاظ بهذه السحابة، فيتخلص من "درعه" ويقع تحت التأثير المتسارع المباشر للحقل.

تحدث على الشمس بين الحين والآخر قذفات بلازما قصيرة تُعرف بالنفاثات النانوية. حجمها بحجم مدينة صغيرة، وتنطلق بسرعة مئات الكيلومترات في الثانية، وتختفي في أقل من نصف دقيقة. كل ومضة من هذه الومضات تشبه انفجارًا صغيرًا يقذف غازًا ساخنًا إلى الأعلى.

نادراً ما تدور النجوم الشبيهة بالشمس منفردة. العديد منها ترقص مع رفاق خفيين - الأقزام البنية، وهي أجرام أكبر من الكواكب لكنها أخف من أن تشتعل كنجوم بشكل مستقر. في أعماقها، يشتعل الهيدروجين لفترة وجيزة ثم ينطفئ قبل أن يصل إلى استقرار الشمس. ومع ذلك، في مدارات ذات دورة أقل من خمس سنوات، كانت هذه الأزواج تعتبر شبه مستحيلة.

القزم الأحمر V374 بيغاسوس نجم بحجم ثلث الشمس، لكنه يتمتع بطابع بركاني. كل بضع ساعات، تنفصل عن سطحه كتل ضخمة من البلازما، مثل فقاعات بخار من مرجل يغلي. هذه الانبعاثات، التي تسمى البروزات الشمسية (solar prominences)، تنطلق إلى الفضاء وتحدث موجات راديوية. لطالما التقط علماء الفلك من هذا النجم إشارات راديوية قوية تشبه نبضات المنارة.