السدم: لوحات فنية في السماء

ربما رأيت هذه الصورة الباهرة أكثر من مرةٍ، وعرفت اسمها «أعمدة الخليقة Pillars of Creation» ولكن هل تعرف ما هيّتها فعلًا؟ وأين توجد؟

أُخذت هذه الصورة بواسطة تلسكوب Hubble الفضائيّ، في منطقةٍ بين نجميّة مليئة بالغبار الفضائيّ والغاز، منطقة تُدعى «سديم النسر Eagle Nebula» في 1995. لكن ما هو السديم فعلًا؟

قليل من الغبار، الهيدروجين، الهيليوم والبلازما في وسطٍ بين نجميّ، ذلك هو فعلًا ما يُسمّى «السديم Nebula».

يتشكّل السديم عندما تنهار بعض أجزاء الوسط بين النجميّ على بعضها بسبب قوة الجاذبيّة الحاصلة بين الجزيئات المكوّنة لتلك الأجزاء، وتتجمع مع بعضها.

الفضاء الخارجيّ ليس خاويًا فعلًا، بل يحتوي الكثير من الغازات وجزيئات الغبار التي تشكّل ما يدعى بـ«الوسط بين النجميّ Interstellar medium ISM». هذه المواد المتناثرة هي التي تكوّن السديم عند انهيارها وتجمّعها سويةً.

كلّما ازدادت كتلة هذه الجزيئات المتراكمة، زاد تأثير قوة الجاذبيّة المتبادل بينها لتلتحم معًا مشكلةً مركبات أكبر وأعقد ولتجذب المزيد من الغبار والغاز. يزداد الضغط داخل هذا السديم المتشكّل بشكلٍ مضطرد ويتبع ذلك الاندماجات النووية داخله، مما يؤدي لإطلاق أشعةٍ إلكترو مغناطيسية عالية الطاقة مأيّنةً الطبقات الخارجيّة من الغاز.

يتحوّل الغاز بعد تأيّنه إلى بلازما، وبإضافة البلازما والأشعة الكهرومغناطيسيّة إلى خليط الغاز والغبار، نكون قد وضعنا البنى الأساسيّة لولادة النجوم، وهذا ما يجذب العلماء بشكلٍ كبير لدراسة السدم.

المختصر في تاريخ دراسة السدم

في عام 150، قام «بطليموس الإغريقي» في كتابه «المجسطيّ» بتسجيل خمس نجومٍ تبيّن فيما بعد أنّها سُدم فعلًا، كما لاحظ أن المناطق بين النجميّة بين كوكبة «الأسد»، وكوكبة «الدبّ الأكبر» لا تحتوي أي نجوم. أمّا أول سديم حقيقيّ تمّ ذكره من قبل الفلكيّ الإيرانيّ «عبد الرحمن الصوفيّ»، في أحد كتبه، كما أنّ سديم السرطان تمّ تمييزه وملاحظته من قبل الفلكيّين العرب والصينيين في 1054.

في 1610 اكتشف «نيكولا كلود فابري دي بايرسك Nicolas-Claude Fabri de Peiresc» سديم الجبّار باستخدام التليسكوب، لكنّ الدراسة التفصيليّة لسديم الجبّار لم تتم حتى 1659 من قبل «كريستيان هيوجينز Christiaan Huygens».

وفي قفزة سريعة للزمن نصل إلى 1864، حيث قام «ويليام هاغينز» بإحصاء أكثر من 70 سديمًا.

قام سيلفر وإدوين هابل بجمع المعطيات عن السدم المنتشرة ودراستها، وفي 1922 أعلن هابل أنّ معظم السدم تربطها علاقة بالنجوم، وأنّ ضوءها يأتي من تلك النجوم المرافقة.

تراتبيّة الكون، باختصار

لنفهم موقع السديم في الكون، لا بدّ أن نفهم أولًا كيف يقسّم علماء الفلك الكون والتراتبيّة الحاصلة فيه، حيث تحتّل السُدم المرتبة الوسطى في هذه التراتبيّة الكونية، لكن ما هي هذه التراتبيّة؟

في أعلى درجات السلم الكونيّ تصادفنا العناقيد المجريّة الهائلة Superclusters، تليها المجموعات المجريّة Galaxy groups ثم تأتي السُدم وبعدها النظم الشمسيّة، النجوم، الكواكب والأقمار.

في لمحة سريعة، ماذا يعني كلّ من هذه الدرجات:

العناقيد المجريّة الهائلة

تتألف من عدّة مجموعات مجريّة، وتترأس سلم التراتبيّة الكونيّة وهي أكبر الأجسام في كوننا وتمدد على مسافة أكثر من 100 مليون سنة ضوئيّة، وكما نعلم فإنّ السنة الضوئيّة هي المسافة التي يقطعها الضوء خلال سنة واحدة، وبما أنّه يقطع في الثانية حوالي 300 ألف كيلومتر، فإنّ الضوء يقطع في سنة واحدة حوالي 9.46 ترليون كيلومترًا.

بعض العناقيد المجريّة العملاقة هي: عنقود مجرات العذراء العظيم (Virgo Superclusters) أو ما يسمّى بـالعنقود المحلّي العظيم (Local Supercluster)، وعنقود الهلبة المجري العظيم (Coma Superclusters).

المجموعات المجريّة

كما يدل الاسم، فهي مجموعة من المجرّات المترافقة معًا. قد تحتوي المجموعة مجرتيّن أو ثلاثة وقد يصل العدد إلى الآلاف أحيانًا، تسكن مجرّتنا –درب التبّانة- في مجموعة مجريّة تسمّى المجموعة المحليّة Local group، وتشاركها عدّة مجرات منها الجار الأقرب إلينا، مجرة المرأة المسلسلة Andromeda.

المجرات

الجزر الكونيّة كما كانت تدعى سابقًا، تحوي المجرّة تجمّعات من النجوم والغازات وجزيئات الغبار. للمجرات أشكال عديدة، حلزونيّة أو بيضويّة الشكل أو حتى غير منتظمة، وتختلف أحجامها بين مجرّة وأخرى، مجرتنا على سبيل المثال هي مجرة حلزونيّة وتمتدّ على مسافة تتراوح بين 70 ألف إلى 100 ألف سنة ضوئية.

السُدم

تملأ هذه السحب الكونيّة الوسط بين النجميّ داخل المجرّات، وتتكون من الغبار والغازات بشكلٍ أساسيّ، وقد تكون مضيئةً أو مظلمة. معظم الغاز المكوّن للسدم هو الهيدروجين، مع قليل من الهيليوم. في الواقع فإنّ علماء الفلك يصنّفون السدم بناءً على نوع الهيدروجين الذي تحتويه، فـ السدّم H+ تحتوي بشكلٍ أكبر على الهيدروجين المؤيّن (ذرات هدروجين فاقدة الإلكترون) والسدم H I تحوي الهيدروجين المعتدل، بينما سدم H II تتألف بشكل كبير من الهيدروجين في شكله الجزيئيّ H2.

المكوّن الآخر وهو الغبار الفضائيّ، المكوّن من جزيئات تحتوي الكربون، السيليكون، المغنيزيوم والألمنيوم وعناصر أخرى. في كثير من الحالات تُسمّى جزيئات الغبار الفضائي «الهيدروكربونات العطريّة متعددة الحلقات polycyclic aromatic hydrocarbons».

النظم الشمسيّة

مثل نظامنا الشمسي، في مركز كلّ نظام شمسيّ يوجد نجم، وهو الجسم الذي يقوم بتوليد الطاقة عن طريق التفاعلات الحراريّة النووية داخله. تمتدّ النظم الشمسيّة على مسافة سنة إلى سنتين ضوئيتين تقريبًا. قد يتداخل السديم الواحد مع أكثر من نجمٍ في الوقت نفسه، فعلى سبيل المثال يضمّ سديم النسر العنقود النجميّ M16 المؤلّف من مئات النجوم اليافعة المضيئة، يعتبر نجم مجموعتنا الشمسيّة –الشمس- نجمًا في منتصف العمر وأكبر عمرًا من هذه النجوم الصغيرة.

في نهاية الهرم التراتبيّ الكوني تأتي الأجسام السماويّة الصغيرة، الكواكب والأقمار التي بالنسبة للسدم هي مجرد ذرات صغيرة. أمّا الشهب، المذنبات والكويكبات فهي أجسام صغيرة، يتراوح حجمها بين حجم الأقمار الصغيرة كبرًا، وحجم الحجارة الكبيرة صغرًا.

أنواع السدم

يصنّف علماء الفلك السدم تحت تصنيفين كبيرين إلى سدم مضيئة وأخرى مظلمة. حيث تتواجد السدم المضيئة قرب النجوم، لكنّ الطريقة التي تصدر فيها السدم الضوء تعتمد على عاملين: أولهما المسافة بين السديم والنجم، والثاني درجة حرارة النجم.

عندما يكون السديم قريبًا جدًا إلى نجمٍ ساخن فإنّ باستطاعته امتصاص كميات كبيرةٍ من الأشعة فوق البنفسجيّة، مما يرفع درجة حرارة غازات السديم إلى 10 آلاف درجة كلفن (9726 درجة حرارة سيليسيوس). تؤدّي هذه الدرجات الشديدة إلى تحفيز غاز الهيدروجين وإطلاقه ضوءًا مشعًا. يسمي العلماء هذا النوع من السدم بـالسدم المشعّة Emission Nebula. يعتبر سديم الجبار Orion Nebula أحد الأمثلة على السدم المشعّة.

يتغير لون السديم المشعّ حسب الغاز الموجود فيها ودرجة حرارته، الهدروجين على سبيل المثال يشعّ بلونٍ أحمر، ويمكننا رؤية ذلك في معظم السدم المشعة. غالبًا ما يعطي الأوكسجين لونًا أخضر، ولكن مرافقًا باللون الأزرق أيضًا، العناصر الأخرى تختلف كذلك في الألوان التي تشعها، وبعض هذه الألوان ليست مرتبطة بطيف الألوان المرئي فحسب، فالهيدروجين يطلق أشعة تحت حمراء وأحيانًا إشعاعات راديويّة، وعندما يمتلك الطاقة الكافية يطلق أشعةً فوق بنفسجيّة أيضًا، وذلك يُطبّق على كثير من العناصر.

عندما تكون السدم بعيدةً عن النجوم أو عندما تكون حرارة النجوم القريبة منها منخفضة، فإنّ السحابة السديميّة تعكس الضوء كما تعكس الأواني الفضيّة الملطّخة ضوء الشمعة الباهت وتسمّى السُدم العاكسة Reflection Nebula.

غالبًا ما تكون الانعكاسات الضوئيّة من السدم بلون أزرق. لكن قليل من السدم يقوم بعكس لون ضوء النجم الذي ينيرها. من السدم العاكسة يمكننا ملاحظة سديم عنقود الثريّا Pleiades، الذي يحيط بالعنقود النجميّ، ويتبعثر الضوء الناتج عن النجوم في غبار هذا السديم، ويرسل الضوء الأزرق في جميع الاتجاهات فيمكننا رؤيته، أمّا اللون الأحمر لا يصلنا، لذلك لا نراه.

أمّا السدم المظلمة Dark Nebula، فهي تكون بعيدةً عن النجوم اللازمة لإضاءتها، وغالبًا ما تظهر بشكل خطوطٍ أو كريّات بين السدم المضيئة. يظهر سديم «تريفيد Trifid» بشكل سحابة سديميّة مشعةٍ للضوء الأحمر، وتقسم إلى ثلاثة مناطق بواسطة ممرات غباريّة مظلمة. وكذلك سديم رأس الحصان Horsehead Nebula في كوكبة الجبّار Orion، هو أيضًا سديم مظلم، حيث يقسم الجزء المظلم منه مجرتنا درب التبّانة إلى جزئين.

بالإضافة إلى تصنيفها حسب درجة إضاءتها، فإنّ السدم تأخذ أسماءً مختلفة. لنعد قليلًا إلى القرن الثامن عشر، حيث قام الفرنسي تشارلز ميسيه Charles Messier بملاحظة الأجسام السماوية وبدأ بفهرستها -دون النجوم- وبدلًا من استخدام الأسماء قام ميسيه باستخدام الأرقام. بذلك حصل سديم السرطان الموجود في كوكبة الثور على اسم M1 لأنّه أول جسم لاحظه ميسيه.

ويشتمل فهرس ميسيه أيضًا على المجرات، فمجرة المرأة المسلسلة اتخذت اسمM31، حسب ترتيب ملاحظته لها. في بداية القرن التاسع عشر، قام بعض الفلكيّين الهواة بإطلاق أسماء بسيطة على معظم أجسام ميسيه، بناء على شكل الجسم في السماء، ومنها سديم رأس الحصان، سديم البومة وغيرها. بعض السدم، مثل سديم الجبار، أخذت اسم الكوكبة التي تشكّل جزءًا منها.

السُدم وولادة النجوم

قد تبدو السُدم شيئًا ثابتًا، مجرّد سحابةٍ فضائيّة، لكنها في الحقيقة تلعب دورًا مهمًا في حياة وتطوّر النجوم.

نحن نعلم أنّ السُدم هي سحبٌ ذات كثافة منخفضة، كما إننا نعلم أنّ النجوم هي أجسام شديدة الكثافة، فكيف تكون السُدم مكان ولادة تلك الأجسام العالية الكثافة؟ لا بدّ إذًا من وجود آليّة تجعل مكوّنات السديم تتجاذب وتتجمع معًا لتنتج جسمًا أكثر صغرًا وأكبر كثافةً. يحدث ذلك فعلًا في السُدم المظلمة (أو ما تسمّى بالسدم العاكسة).

بواسطة قوة الجاذبيّة تتشكل كرة من الغبار والغاز وتتعرض للضغط تحت تأثير الجاذبيّة المتبادل وتبدأ بالتقلص وينهار مركزها بسرعةٌ أكبر مما يزيد درجة الحرارة الخاصة به ويبدأ في الدوران. هذه المادة أو الجسم يُدعى «النجم الأوليّ Protostar». قد يحتوي السديم الواحد عدّة نجوم أوليّة، كلّ منها قد يشكّل نظامًا شمسيًّا خاصًا به فيما بعد.

كتلة بعض هذه النجوم الأوليّة أقلّ من كتلة شمسنا، وهي صغيرة ويافعة لا توجد فيها التفاعلات الحرارة النوويّة بعد، ورغم ذلك تلمع بعض هذه الأجسام بشكل خافت، ذلك لأنّ قوة الجاذبيّة المستمرة في العمل لتقليص حجم الجسم، مصدرةً بذلك طاقةً نراها بشكل ضوئيّ. يصنف الفلكيّون هذه الأجسام كـأقزام بنيّة brown dwarves للإشارة إلى حجمها الصغير وطاقتها الضئيلة نسبيًا.

لكن بعض تلك الأجسام تملك كتلةً أكبر من كتلة شمسنا بعدّة مرات، تستمرّ أحجامها في الصغر شيئًا فشيء، لكنّها تبدأ بتحويل الهيدروجين إلى هيليوم، وهذا ما يعرف باسم «الاندماج الحراريّ النووي». في هذه المرحلة تتحول تلك الأجسام إلى نجوم جديدة، وتدور حولها تلك المكوّنات السديميّة من الغاز والغبار، لتبني عبر مليارات السنين نظامًا شمسيًا، والعديد من الكواكب والأقمار.

إذا كان حجم هذا النجم كبيرًا فعلًا، فإنّه يستطيع أن يأيّن المواد السديميّة حوله، مسببًا منطقةً مضيئة حوله، وبذلك يصبح السديم المظلم، مشعًا. قد يحتوي السديم المشع الواحد عدد كبيرًا من النجوم حديثة الولادة، ويعتبر «سديم المخروط Cone Nebula» منطقة تشكّل نجوم فعالة، حيث يقع في سحابة هيدروجين غازيّة ضخمة، أي المواد الأوليّة اللازمة لتصنيع النجوم، وتختلف الإضاءة المنطلقة من هذه السحابة لأنّ الكثير منها مازال مغطّى بالكثير من السحاب والغبار.

لكن السديم ليس فقط مكان ولادة النجم، بل أيضًا يمثل مرحلةً من مراحل موته.

حيث تموت النجوم، سدم أيضًا

هناك نوعان من السُدم المضيئة على علاقة مع موت النجوم، الأول هو ما يسمّى «السديم الكوكبي Planetary Nebula»، وتُدعى بذلك لأنها تتمتع بشكلٍ كرويٍ يشابه شكل الكواكب. كيف تتشكل هذه السدم إذًا؟

في نهاية حياة النجم، وتحوّله لعملاق أحمر، يبدأ بالتخلص من طبقاته الخارجيّة بواسطة الرياح النجميّة، وبعد أن يتخلص من معظم هذه الطبقة يقوم المركز النجميّ بإطلاق أشعة فوق بنفسجيّة تؤيّن غازات الطبقة الخارجيّة التي تمّ التخلّص منها توًا، وبذلك تكتسب هذه الطبقة الغازيّة الطاقة وتصدرُ ضوءًا لتصبح سديمًا كوكبيًا.

أمّا إن كان النجم ذا كتلةٍ هائلة فإنّه لا ينتهي كعملاق أحمر، بل بما يسمّى «المستعر الأعظم Supernova»، أيّ انفجار النجم وقذفه معظم مكوناته إلى الفضاء. عندما يشمل السوبرنوفا نجمين اثنين، يُطلق عليه اسم النمط الأول من Supernova، وعندما يشمل نجمًا واحدًا فقط فإنّه يدعى بالنمط الثاني.

في النمط الأول يتحوّل أحد النجميّن إلى قزم أبيض white dwarf -نجم محتضر استهلك معظم الهيدروجين الخاص به- ويقوم بجذب المواد من الطبقة الخارجية من زوجه، تحترق المواد المجذوبة حول القزم مسببةً ارتفاع حرارة مركزه إلى درجات عالية، ويستهلك القزم الأبيض هذه الطاقة وينفجر قاذفًا مواده في سحابة كبيرة، السديم. يحدث هذا النمط من السوبرنوفا في المجرة كل 140 سنة.

أمّا النمط الثاني الذي يحدث كلّ 91 عامًا تقريبًا، فإنّ النجم الوحيد ينهار على نفسه بشكل مفاجئ، ليصبح مركزه شديد الكثافة، وبسبب هذه الكثافة تُجذب المواد من الطبقات الخارجية إلى المركز لتصطدم به وتطرد خارجًا بانفجار عظيم. يشكّل الانفجار سديمًا مرئيًا بسهولة من الأرض.

أكثر مثالٍ مدروس عن ظاهرة السوبرنوفا من النمط الثاني هو سديم السرطان، الذي اكتشف في 1054 من قبل الفلكيين العرب والصينين، وكانوا يعتقدون حينها أنّه نجم جديد. أصبح النجم شديد الإضاءة وفي يونيو/حزيران كان من الممكن مشاهدة هذا الجسم الغريب في السماء لمدة 23 يومًا حتى في وقت النهار، وبقي واضحًا ومرئيًا بالعين المجرّدة لمدة سنتين.

مستقبل الأبحاث العلميّة في مجال السُدم

في 2005 التقط تلسكوب فضائيّ صورةً لسديم السرطان، شديدة التفاصيل، واعتبرت من أكبر الصور التي تمّ إصدارها من المرصد، وفي عام 2006 جمع التلسكوب Spitzer معلومات لم يسبق لنا معرفتها من قبل عن سديم الجبّار.

كما أظهرت المعطيات الملتقطة بواسطة الأشعة تحت الحمراء من Spitzer أكثر من 2300 قرص كوكبيّ، لم نكن لنراها بواسطة التلسكوبات التقليديّة التي تفحص كوكبة الجبّار، كما أظهر Spitzer أكثر من 200 نجم وليد لم تطور قرصًا كوكبيًا بعد.

تعرّفنا إلى تلك السحب الكونيّة منذ قديم الزمان، وما زلنا مستمريّن في دراستها، واكتشاف المزيد عنها يومًا بعد يوم، والانبهار بروعة هذ الأجسام السماوية الهائلة، وتدفعنا للنظر إلى السماء مرةً أخرى لندرك مدى صغر حجمنا، ومدى عظم هذا الكون الكبير!