النجوم شبه النجمية: ثقوب سوداء تنمو داخل أغلفة نجمية عملاقة في الكون المبكر
Quasi-stars
توجد في مراكز المجرات الضخمة ثقوب سوداء فائقة الكتلة تبلغ كتلة بعضها ملايين أو مليارات المرات كتلة الشمس. لكن وجود ثقوب سوداء كبيرة جدًا في الكون المبكر خلق مشكلة أساسية أمام علماء الفلك: كيف استطاعت هذه الثقوب السوداء أن تنمو إلى أحجام هائلة خلال فترة قصيرة نسبيًا بعد الانفجار العظيم؟
أحد أكثر الحلول غرابة هو وجود أجسام افتراضية تسمى النجوم شبه النجمية. وهي ليست نجومًا عادية، وليست ثقوبًا سوداء مكشوفة، بل يمكن تصورها كثقب أسود ينمو داخل غلاف غازي هائل يشبه النجم. وفي السنوات الأخيرة أعادت اكتشافات تلسكوب جيمس ويب هذا النموذج إلى واجهة أبحاث الكون المبكر. (OUP Academic)
ما النجم شبه النجمي؟
النجم الطبيعي يحصل على طاقته أساسًا من الاندماج النووي داخل النواة، حيث تتحول العناصر الخفيفة إلى عناصر أثقل وتتحرر الطاقة.
أما النجم شبه النجمي فمصدر طاقته مختلف جذريًا.
يوجد في مركزه ثقب أسود يبتلع الغاز المحيط به. وعندما تسقط المادة باتجاه الثقب الأسود تتحول كمية كبيرة من طاقة الجاذبية إلى حرارة وإشعاع. لا يهرب هذا الإشعاع مباشرة إلى الفضاء لأن الثقب الأسود يكون مدفونًا داخل غلاف هائل وكثيف من الغاز.
تنتقل الطاقة الناتجة عن ابتلاع المادة إلى الغلاف الخارجي وتحافظ على انتفاخه، ولذلك يستطيع الجسم أن يبقى لفترة في حالة تشبه نجمًا عملاقًا بصورة غير مألوفة. (OUP Academic)
كيف يمكن أن يتكون هذا الجسم؟
يُعتقد أن الظروف المناسبة قد تكون قد وجدت بصورة أساسية في الكون المبكر.
في بعض الهالات المظلمة البدائية يمكن أن تتجمع كميات ضخمة من الهيدروجين والهيليوم بسرعة كبيرة. وإذا كان تدفق الغاز إلى المركز سريعًا بما يكفي، فقد يتشكل نجم فائق الكتلة بدل مجموعة كبيرة من النجوم الأصغر.
Supermassive star
يمكن لهذا الجسم أن تصل كتلته إلى عشرات آلاف الكتل الشمسية أو أكثر.
وفي مرحلة معينة تصبح الجاذبية قوية إلى درجة تجعل النواة غير مستقرة نسبيًا وفق تأثيرات النسبية العامة، مما قد يؤدي إلى انهيار الجزء المركزي وتكوين ثقب أسود بينما تبقى كمية ضخمة من الغاز حوله.
وهنا تبدأ مرحلة النجم شبه النجمي. وتشير نماذج نُشرت عام 2026 إلى إمكانية حدوث عدم الاستقرار المؤدي إلى تكوين الثقب الأسود المركزي عندما تبلغ كتلة النجم الأولي عشرات الآلاف من كتل الشمس، اعتمادًا على سرعة وصول الغاز إليه. (arXiv)
ثقب أسود داخل نجم
هذه الخاصية هي أكثر ما يميز النجم شبه النجمي.
في النجم العادي يوجد مركز كثيف تنتج فيه التفاعلات النووية.
أما هنا فيوجد ثقب أسود.
وتحيط به منطقة من الغاز الساخن جدًا تتحرك فيها المادة باتجاه الداخل، بينما تنتقل الطاقة إلى الخارج. وخارجها يوجد غلاف غازي ضخم يمكن أن يكون قريبًا من حالة التوازن الهيدروستاتيكي.
وبذلك يصبح الجسم منظومة تجمع خصائص الثقب الأسود والنجم العملاق في الوقت نفسه.
كيف يستطيع الثقب الأسود النمو بهذه السرعة؟
الثقوب السوداء التي تبتلع المادة تواجه عادة قيدًا مهمًا يعرف بحد إدنغتون.
Eddington limit
كلما ازدادت كمية المادة التي تسقط باتجاه الثقب الأسود ارتفع الإشعاع الناتج عنها. وفي الظروف المعتادة يمكن لضغط هذا الإشعاع أن يدفع الغاز إلى الخارج ويحد من معدل التغذية.
لكن الوضع داخل النجم شبه النجمي مختلف.
الثقب الأسود محاط بكمية هائلة من المادة ذات كثافة كبيرة جدًا، ويمكن للطاقة الناتجة عن التراكم أن تنتقل عبر الغلاف بدل أن توقف سقوط الغاز مباشرة.
لهذا السبب يمكن للثقب الأسود المركزي أن يمر بمرحلة نمو شديدة السرعة، وقد يتجاوز معدل تراكمه ما نتوقعه لثقب أسود مكشوف بالكتلة نفسها.
Super-Eddington accretion
وهذه الخاصية تجعل النجوم شبه النجمية مرشحًا مهمًا لتكوين بذور كبيرة للثقوب السوداء فائقة الكتلة. (arXiv)
تغير كبير في نموذج النجوم شبه النجمية
كانت النماذج القديمة تشير إلى أن الثقب الأسود قد لا يستطيع النمو داخل الغلاف إلا إلى نسبة صغيرة من الكتلة الكلية للجسم قبل أن يصبح الغلاف غير مستقر ويتشتت.
لكن دراسة نُشرت في مجلة الفيزياء الفلكية عام 2024 أعادت دراسة انتقال الطاقة داخل النجم شبه النجمي.
اقترح الباحثان إريك كوفلين وميتشل بيغلمان أن النماذج السابقة قللت من كفاءة نقل الطاقة بالقرب من الثقب الأسود.
وباستخدام نموذج يحتوي على منطقة داخلية يكون فيها الحمل الحراري شديدًا، وجدا أن نمو الثقب الأسود يمكن أن يستمر إلى أحجام أكبر بكثير مما كان متوقعًا سابقًا. (CiNii Research)
قد يصبح الثقب الأسود معظم الجسم تقريبًا
في النموذج الجديد استطاع الثقب الأسود المركزي الوصول نظريًا إلى نحو 60 في المئة من الكتلة الكلية للنجم شبه النجمي.
وكانت النماذج السابقة تقترح قيمًا أصغر بكثير في بعض الحالات.
كما قدر الباحثون أن الوصول إلى المراحل المتقدمة من النمو يمكن أن يحدث خلال نحو 20 إلى 40 مليون سنة.
هذه المدة طويلة بالمقاييس البشرية، لكنها قصيرة للغاية في تاريخ الكون، ولذلك يمكن لهذه الآلية أن تساعد في تفسير ظهور ثقوب سوداء كبيرة في أزمنة كونية مبكرة. (arXiv)
ما الذي يحدث عندما ينتهي الغلاف؟
مع نمو الثقب الأسود تتغير بنية النجم شبه النجمي تدريجيًا.
في النهاية قد لا يستطيع الغلاف الغازي المحافظة على حالته، فيتشتت أو يُستهلك جزء كبير منه، ويخرج الثقب الأسود من هذه المرحلة بوصفه ثقبًا أسود ذا كتلة كبيرة نسبيًا.
وهذا الثقب الأسود لا يحتاج بعد ذلك إلى البدء من عشرات الكتل الشمسية فقط، كما يحدث مع بقايا النجوم العادية، بل يمكن أن يبدأ حياته كـ بذرة ثقيلة للثقب الأسود فائق الكتلة.
Heavy black-hole seed
وجود مثل هذه البذور يقلل كثيرًا من الزمن المطلوب للوصول لاحقًا إلى ملايين أو مليارات الكتل الشمسية.
ما علاقة جيمس ويب بالنجوم شبه النجمية؟
جاء التطور الأكثر إثارة بعد اكتشاف تلسكوب جيمس ويب مجموعة غريبة من الأجسام شديدة البعد تظهر في الصور على هيئة مصادر صغيرة ومدمجة وحمراء.
أطلق عليها علماء الفلك اسم:
Little Red Dots
وتوجد أعداد كبيرة منها خلال المراحل المبكرة نسبيًا من تاريخ الكون.
من أهم خصائصها أنها مدمجة جدًا، ولها أطياف غير معتادة، ويظهر في كثير منها انبعاث واسع لخطوط الهيدروجين، وهي خاصية يمكن أن تشير إلى حركة غاز بسرعات كبيرة حول جسم مركزي شديد الكتلة. وفي الوقت نفسه، لا تُظهر كثير من هذه الأجسام الأشعة السينية أو الإشعاع الراديوي بالقوة التي يتوقعها العلماء من بعض نماذج النوى المجرية النشطة التقليدية. (Center for Astrophysics)
هل النقاط الحمراء الصغيرة نجوم شبه نجمية؟
في دراسة نُشرت في مجلة الفيزياء الفلكية في نهاية عام 2025 ضمن عدد عام 2026، اقترح ميتشل بيغلمان وجيسون ديكستر أن بعض النقاط الحمراء الصغيرة قد تكون في الحقيقة نجومًا شبه نجمية في مراحل متقدمة من تطورها. (vivo-cub.colorado.edu)
وفق النموذج، يكون الثقب الأسود في هذه المرحلة قد أصبح جزءًا مهمًا من الكتلة الكلية للجسم، بينما يبقى محاطًا بطبقات ضخمة من الغاز.
وتنتج هذه البنية طيفًا يمكن أن يشبه بعض الخصائص التي وجدها جيمس ويب.
لماذا تبدو هذه الأجسام حمراء؟
لا يصل الإشعاع الناتج بالقرب من الثقب الأسود إلى الخارج دون تغيير.
فالغاز الكثيف الذي يحيط بالمنطقة الداخلية يمتص الإشعاع ويعيد معالجته ثم يخرجه عند أطوال موجية مختلفة.
يمكن لذلك أن يجعل النجم شبه النجمي يظهر بدرجة حرارة سطحية أقل بكثير مما قد نتوقعه لجسم يحتوي ثقبًا أسود شديد النشاط.
اقترحت نماذج حديثة درجات حرارة فعالة في نطاق بضعة آلاف من الدرجات، وهو ما يساعد في إنتاج المظهر الأحمر والطيف الغريب لبعض النقاط الحمراء الصغيرة. (arXiv)
غلاف غازي يبلغ حجمه مئات أو آلاف الوحدات الفلكية
في دراسة حديثة لعام 2026 جرى استخدام نماذج مفصلة لنقل الإشعاع لاختبار إمكانية تفسير أطياف النقاط الحمراء الصغيرة بواسطة النجوم شبه النجمية.
درس الباحثون نموذجًا يحتوي ثقبًا أسود تبلغ كتلته تقريبًا بين مئة ألف ومليون كتلة شمسية، تحيط به منطقة حمل حراري وغلاف شديد الكثافة.
في أحد النماذج امتد الغلاف الكثيف إلى مقياس يقارب ألف وحدة فلكية، وهي مسافة هائلة مقارنة بأحجام النجوم العادية.
وتمكنت هذه النماذج من إعادة إنتاج عدة خصائص للطيف المرصود، بما فيها شكل الطيف واستضاءة خطوط الهيدروجين. (arXiv)
اختفاء الأشعة السينية قد يكون دليلًا مهمًا
وجود ثقب أسود نشط يجعلنا نتوقع عادة إنتاج أشعة سينية قوية جدًا بالقرب منه.
لكن العديد من النقاط الحمراء الصغيرة ضعيفة بصورة غير متوقعة في الأشعة السينية.
في نموذج النجم شبه النجمي توجد أعمدة هائلة من الإلكترونات والغاز حول الثقب الأسود. ويمكن لهذه المادة أن تمنع جزءًا كبيرًا من الإشعاع عالي الطاقة من الخروج مباشرة.
وبالتالي قد يكون الثقب الأسود موجودًا بالفعل، لكننا لا نراه بالطريقة التقليدية لأن الغلاف المحيط به يخفي النشاط الداخلي ويعيد معالجة الطاقة إلى أطوال موجية أخرى. (arXiv)
بصمة بالمر في الضوء
من الخصائص المثيرة أيضًا وجود تغير واضح قرب حد بالمر في أطياف بعض هذه الأجسام.
Balmer break
ينتج هذا النوع من السمات الطيفية عن تفاعل الضوء مع الهيدروجين في ظروف معينة.
أظهرت نماذج النجوم شبه النجمية المتأخرة أنها تستطيع إنتاج طيف يحتوي تغيرًا قويًا قرب منطقة بالمر، وهي واحدة من الخصائص المهمة للنقاط الحمراء الصغيرة التي رصدها جيمس ويب. (arXiv)
ليس كل شيء في النموذج محسومًا
رغم أن النموذج يستطيع تفسير عدة مشاهدات، فإن بعض الخصائص ما تزال صعبة.
أشارت دراسة يونيو 2026 إلى أن نموذج النجم شبه النجمي يستطيع إعادة إنتاج شكل متصل الطيف وعدد من خطوط الهيدروجين، لكنه لا يفسر تلقائيًا جميع خطوط الهيليوم العريضة التي تظهر في بعض الأجسام، كما أن وجود الغبار الساخن المحتمل قد يتطلب مكونات إضافية للنموذج. (arXiv)
ولهذا لا يمكن اعتبار النقاط الحمراء الصغيرة إثباتًا لوجود النجوم شبه النجمية حتى الآن.
منافس جديد ظهر في عام 2026
في أغسطس 2026 طرح فريق آخر تفسيرًا مختلفًا لبعض النقاط الحمراء الصغيرة.
بدل وجود ثقب أسود داخل غلاف شبه نجمي، اقترح الباحثون أن بعض هذه المصادر قد تحتوي نجومًا فائقة الكتلة نابضة تستطيع إطلاق أغلفة كثيفة من الغاز أثناء مراحل عدم الاستقرار.
ووجدت النماذج أن نجومًا تبلغ كتلتها نحو مئة ألف مرة كتلة الشمس يمكنها تفسير عدد من الخصائص الطيفية والشكل المدمج ووجود النيتروجين في بعض هذه الأجسام، ثم تنهار لاحقًا لتنتج بذرة ثقب أسود فائق الكتلة. (Center for Astrophysics)
وهذا يعني أن جيمس ويب ربما يشاهد أكثر من مرحلة في عملية تكوين الثقوب السوداء الأولى، أو ربما توجد عدة أنواع مختلفة من الأجسام ضمن ما نسميه حاليًا النقاط الحمراء الصغيرة.
هل يمكن للنجوم شبه النجمية أن تحل لغز الثقوب السوداء المبكرة؟
إذا ثبت وجودها، فإن أهميتها ستكون كبيرة لأنها توفر مسارًا سريعًا جدًا لتحويل انهيار سحابة غازية ضخمة إلى ثقب أسود كبير.
بدل تكوين نجم عادي ثم ثقب أسود صغير ثم انتظار مئات ملايين السنين حتى ينمو، يسمح النموذج بتكوين نجم فائق الكتلة، ثم ثقب أسود داخل هذا الجسم، ثم استمرار تغذية الثقب الأسود من الغلاف الكثيف المحيط به.
بهذه الطريقة يمكن أن تظهر بذرة ثقيلة للثقب الأسود خلال فترة قصيرة نسبيًا من تاريخ الكون. (arXiv)
ما الذي يجب أن يبحث عنه جيمس ويب؟
إثبات وجود النجم شبه النجمي يتطلب مجموعة من الأدلة المتوافقة، وليس مجرد لون أحمر أو وجود خطوط هيدروجين عريضة.
سيكون على العلماء مقارنة الأطياف التفصيلية، ودرجة حرارة المصدر، وشكل خطوط الهيدروجين والهيليوم، ووجود الأشعة السينية، والإشعاع تحت الأحمر الناتج عن الغبار، وكذلك تغير سطوع الجسم مع الزمن.
وتشير الأبحاث الحديثة إلى أن اختلاف هذه الخصائص بين النقاط الحمراء الصغيرة قد يكشف ما إذا كانت جميعها تمثل نوعًا واحدًا من الأجسام أم أنها مجموعة من الظواهر المختلفة التي تبدو متشابهة فقط في صور جيمس ويب. (arXiv)
المصادر
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق