تلسكوب جيمس ويب يرصد ضوءاً نادراً في الفضاء بعد 40 عاماً من التنبؤ بوجوده

حقق تلسكوب جيمس ويب الفضائي اكتشافاً علمياً جديداً، بعدما تمكن للمرة الأولى من رصد انبعاث ضوئي بالغ الضعف صادر عن أيون الهيدروجين الثلاثي (H3+)، في ظاهرة تنبأ العلماء بإمكانية حدوثها قبل نحو أربعة عقود، لكنها ظلت خارج نطاق الرصد المباشر حتى الآن.

ويمثل هذا الاكتشاف تقدماً في دراسة الكيمياء الكونية والعمليات الفيزيائية التي تحدث داخل السحب الغازية الساخنة المحيطة بالنجوم الناشئة، كما يفتح آفاقاً جديدة لفهم طبيعة الجزيئات في البيئات الفضائية القاسية.

جيمس ويب يكتشف إشعاعاً نادراً بعد أربعة عقود

نجح فريق بحثي بقيادة العالم ديفيد نيوفيلد، من جامعة جونز هوبكنز الأميركية، في تحديد إشارات ضوئية نادرة تعرف باسم «الطيف الدوراني النقي» لأيون الهيدروجين الثلاثي.

وقُبلت نتائج الدراسة للنشر في الدورية العلمية المتخصصة «أستروفيزيكال جورنال ليترز» (Astrophysical Journal Letters).

وجاء الرصد من غازات ساخنة داخل الجسم الفلكي المعروف باسم «هيربيغ هارو 168» (Herbig-Haro 168)، الموجود في منطقة نشطة لتشكل النجوم على مسافة تقارب 2300 سنة ضوئية من الأرض.

وتكمن أهمية الإنجاز في أنه يقدم أول دليل رصدي مباشر على نوع من الانبعاثات التي توقعت النماذج الفيزيائية وجودها منذ عام 1986، دون أن تتمكن الأجهزة العلمية السابقة من التقاطها.

ما سر الضوء المحظور الصادر عن الهيدروجين الثلاثي؟

يتكون أيون الهيدروجين الثلاثي من ثلاث نوى هيدروجينية وإلكترونين، وتتوزع مكوناته في بنية هندسية تشبه المثلث متساوي الأضلاع.

وتمنح هذه البنية الأيون خصائص كهربائية تجعل رصد بعض انتقالاته الدورانية أمراً بالغ الصعوبة.

فعلى خلاف جزيئات أخرى، لا يمتلك أيون H3+ عزماً كهربائياً ثنائي القطب دائماً، وهو ما يمنعه من إصدار الإشعاع الدوراني المعتاد الذي يستخدمه علماء الفلك في التعرف إلى الجزيئات الموجودة في الفضاء.

لكن الفيزيائيين الفلكيين فو شي بان وتاكيشي أوكا قدما عام 1986 تفسيراً نظرياً يشير إلى إمكانية صدور إشعاع ضعيف للغاية من الأيون نتيجة تغيرات طفيفة في بنيته أثناء الدوران.

وتنشأ هذه الظاهرة عندما تؤدي تأثيرات الطرد المركزي إلى تشوه محدود في التماثل الهندسي للجزيء، مما يسمح بظهور عزم كهربائي صغير وانبعاث إشعاع كان يُعتقد أنه غير قابل للرصد عملياً.

ويطلق العلماء على هذه الظاهرة اسم «الانتقالات المحظورة»، وهو مصطلح فيزيائي يشير إلى انتقالات لا تسمح بها قواعد الاختيار الطيفية المعتادة، لكنها قد تحدث باحتمالات منخفضة للغاية.

كيف تمكن تلسكوب جيمس ويب من رصد الإشارة؟

اعتمد الباحثون على أداة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة «ميري» (MIRI) المثبتة على تلسكوب جيمس ويب، والتي تتميز بحساسيتها العالية وقدرتها على تحليل الإشعاعات الضعيفة القادمة من الأجرام البعيدة.

وساعدت هذه التقنية في التقاط إشارات ظلت غير مرئية لأجهزة الرصد السابقة بسبب انخفاض شدتها.

اكتشاف 26 خطاً طيفياً بدقة إحصائية مرتفعة

حدد الفريق العلمي 26 خطاً طيفياً مرتبطاً بأيون الهيدروجين الثلاثي، تجاوزت الدلالة الإحصائية لكل منها مستوى خمسة سيغما في منطقة واحدة على الأقل من منطقتي الرصد.

أما أقوى الإشارات المكتشفة، فقد بلغت دلالتها الإحصائية 72 سيغما، وهي نتيجة تعزز بدرجة كبيرة الثقة في أن الإشعاع المرصود حقيقي وليس ناتجاً عن تقلبات عشوائية في البيانات.

وتستخدم «سيغما» في التحليل الإحصائي للتعبير عن مستوى دلالة النتائج، وكلما ارتفعت قيمتها تراجع احتمال تفسير الإشارة باعتبارها ضوضاء عشوائية.

ويعد هذا المستوى المرتفع من الدقة أحد أبرز العوامل التي منحت الاكتشاف أهميته العلمية.

ما علاقة الاكتشاف بمناطق ولادة النجوم؟

رُصدت الإشارات داخل جسم هيربيغ هارو 168، وهو أحد الأجسام الفلكية التي تتشكل عندما تصطدم النفاثات الغازية المنطلقة من النجوم حديثة الولادة بالمواد المحيطة بها.

وتؤدي هذه الاصطدامات إلى نشوء موجات صدمية قوية ترفع حرارة الغاز إلى آلاف الدرجات، مما يتسبب في إصدار إشعاعات يمكن للأجهزة الفلكية المتقدمة اكتشافها.

وتتيح قدرة جيمس ويب على رصد الأشعة تحت الحمراء دراسة هذه المناطق رغم وجود كميات كبيرة من الغبار الكوني الذي يحجب الضوء المرئي.

نتائج تكشف فجوات في النماذج العلمية الحالية

أظهرت البيانات أن انبعاثات أيون الهيدروجين الثلاثي تتوافق مكانياً مع توزيع الهيدروجين الجزيئي الساخن داخل الغازات المتأثرة بموجات الصدمة.

ومع ذلك، كشفت المقارنة مع النماذج النظرية عن اختلافات ملحوظة بين التوقعات والقياسات الفعلية.

فقد قللت بعض النماذج من تقدير شدة الانبعاثات المرصودة بمقدار يتراوح بين خمس وست مرات، مما يشير إلى وجود جوانب في العمليات الفيزيائية والكيميائية تحتاج إلى مزيد من الدراسة.

آفاق جديدة لفهم الكيمياء الكونية

يتوقع الباحثون أن توفر الخطوط الطيفية المكتشفة وسيلة جديدة لقياس معدلات التأين في الغازات الساخنة، ودراسة التفاعلات الكيميائية داخل البيئات التي تتشكل فيها النجوم.

كما قد تساعد النتائج في تطوير النماذج المستخدمة لتفسير سلوك الجزيئات البسيطة في الفضاء، ولا سيما في المناطق التي تشهد درجات حرارة مرتفعة وتصادمات عنيفة بين الغازات.

ويؤكد هذا الإنجاز أهمية تلسكوب جيمس ويب في توسيع حدود المعرفة الفلكية، بعدما نجح في رصد ظاهرة ظلت مجرد توقع نظري لنحو 40 عاماً، ليمنح العلماء فرصة جديدة لفهم العمليات الخفية التي تسهم في تطور النجوم والمواد المنتشرة في الكون.