حيث يحرق نجم فتيّ كربونه

الكربون هو العمود الفقري للحياة كما نعرفها: أكثر من نصف الكتلة الجافة لجسم الإنسان. ومع ذلك تعاني الأرض نقصًا غريبًا فيه. فصخور كوكبنا في مجملها تحوي، نسبةً إلى كتلتها، من الكربون أقلّ بنحو أربع مراتب من حيث القيمة — أي عشرة آلاف مرة — مما تحويه الشمس، أو الغبار بين النجمي الذي وُلدت منه الأرض. وقد اقتُرحت تفسيرات عدة، من الضوء فوق البنفسجي إلى الأكسدة، لكن أيًّا منها لا يفسّر ذلك تفسيرًا كاملًا.

ومن المتّهمين الحرارة. فالكربون في حبيبات الغبار يأتي في أشكال عدة — كربون لابلّوري شبيه بالسخام، وهيدروكربونات، وغرافيت — تتفكك عند درجات حرارة مختلفة. فابتداءً من نحو 500 كلفن، عند خط السخام (soot line)، تفلت الأشكال الأكثر تطايرًا؛ وعند نحو 1,200 كلفن، يكون حتى الكربون اللابلّوري قد زال. وقدّرت أعمال سابقة أن هذا التسخين لا بد أنه حدث خلال المليون سنة الأولى من تشكّل الأرض.

نجم ضُبط عند «الزمن صفر»

HOPS-68 نجم فتيّ جدًا في سحابة الجبار الجزيئية، على بعد نحو 414 فرسخًا فلكيًا. وقد بيّنت دراسة مرافقة للفريق نفسه أن منتصف قرصه الداخلي يبلغ 1,400 كلفن — وهي حرارة تكفي لتبخير الغبار كله. وقد مرّ نظامنا الشمسي بمرحلة كهذه أيضًا: إنها «الزمن صفر» في سجلّ النيازك، حين تكثّفت حبيبات غنية بالكالسيوم والألومنيوم من غاز حارّ قرب الشمس الفتية. ولا يُعرف من النجوم الفتية منخفضة الكتلة إلا نجمان مرشّحان لتلك اللحظة، وكلاهما في الجبار.

وقد فحص الآن فريق يضم ف. ج. باليو (F. J. Ballieux) وم. ك. مكلور (M. K. McClure) وزملاءهما، في جامعة لايدن مع شركاء في الولايات المتحدة وألمانيا، الكربونَ في طيفه، الذي التقطته أداة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة في JWST، مع بيانات أرشيفية من مصفوفة ALMA للأطوال الموجية (تحت) المليمترية.

طيف مليء بالهيدروكربونات

يعبر ضوءَ HOPS-68 كثيرٌ من بصمات جزيئات الكربون:

• سيانيد الهيدروجين والأسيتيلين الدافئان، عند نحو 320 و430 كلفن، بكميات كبيرة — أكثر بنحو 20 مرة مما حول نجم «الزمن صفر» الآخر. وهما يتحركان نحونا بسرعة 39 إلى 53 كيلومترًا في الثانية نسبةً إلى النجم، مثل الغاز الحامل للأكسجين الذي يرسم مسار ريح تهبّ من القرص؛
• جزيئات أبرد، عند نحو 40 إلى 55 كلفن، منها ثنائي الأسيتيلين (C₄H₂) وجذر الميثيل وأحادي كبريتيد الكربون، على الأرجح في القرص الخارجي أو على امتداد جدران التجويف الذي حفره تدفّق النجم الخارج؛
• ثلاثي الأسيتيلين (C₆H₂)، وهو سلسلة من ست ذرات كربون، رُصد لأول مرة حول نجم فتيّ.

ويضيف ALMA دليلًا آخر: فجذر C₂H يبطّن جدران تجويف التدفّق الخارج، متحركًا نحو الخارج مع النفث بدلًا من أن يسقط نحو الداخل.

منطقة تدمير للكربون

يقترح الباحثون سيناريو. فبين خط السخام والنقطة التي يتبخّر عندها حتى الكربون اللابلّوري — أي بين نحو 500 و1,200 كلفن — تقع ما يسمّونه «منطقة تدمير الكربون الحراري المقاوم» (refractory carbon destruction zone): هناك يغادر الكربون الصلب كله الحبيبات ويصير غازًا. وفي HOPS-68، تدفع المنطقة الداخلية شديدة الحرارة هذه المنطقة نحو الخارج وتوسّعها. ثم إن الكربون المتحرّر إما أن يبتلعه النجم وإما أن تحمله ريح القرص بعيدًا.

وفي الحالتين، يفقد الغبار كربونه في المنطقة التي تتشكّل فيها الكواكب الصخرية. ويرى الفريق أن العملية نفسها ربما أسهمت في عجز الأرض من الكربون. أما كمية الكربون التي تزيلها الريح فعلًا فلا تزال تنتظر القياس.

وأبعد من ذلك، يكسر الضوء فوق البنفسجي الأسيتيلين إلى C₂H، الذي يتفاعل مع مزيد من الأسيتيلين ليبني سلاسل أطول مثل C₄H₂ وC₆H₂. وبين 900 و1,100 كلفن، قد تصوغ منطقة التدمير حتى هيدروكربونات عطرية متعددة الحلقات، كما يحدث في اللهب — وهو أمر لا يزال ينتظر التأكيد.

من نجم أوّلي إلى الكويكبات

للدراسة نتيجتان أوسع. أولًا، كانت السلاسل الكربونية المرصودة حول نجوم فتية أخرى تُنسب عادةً إلى غاز يسقط من الغلاف المحيط؛ أما في HOPS-68 فهي تتدفق بوضوح نحو الخارج، ما يوحي بأن هذه الكيمياء قد ترسم بالأحرى مسار التدفقات الخارجة.

ثانيًا، تحوي العيّنات المجلوبة من الكويكبين ريوغو وبينو مادة عضوية وفيرة على شكل سلاسل («أليفاتية»). ولأن السلاسل الطويلة في HOPS-68 تتشكّل خارج الريح، فإنها لا تُجرف بعيدًا؛ وقد تسقط لاحقًا عائدةً إلى القرص الخارجي. ويرى الباحثون أن سلاسل كهذه قد تسهم في المادة العضوية للكويكبات والنيازك. وإن صحّ ذلك، فإن HOPS-68 سيُظهر، في نظام فتيّ واحد، تشكّل حبيبات النيازك تلك والمادة الغنية بالكربون المطمورة فيها معًا — حجر رشيد لتشكّل الأجسام الصغيرة الأولى في نظام كوكبي.