قام فريق دولي من علماء الفيزياء الفلكية بتطوير نموذج يفسر كيف شكلت النجوم الضخمة جداً أول تجمعات نجمية ومجرات في الكون. هذه العمالقة، التي تزن آلاف المرات أكثر من وزن الشمس، تركت آثاراً كيميائية في التجمعات الكروية القديمة وقد تكون قد زرعت الثقوب السوداء المبكرة. تربط النتائج تشكيل النجوم بالملاحظات من تلسكوب جيمس ويب الفضائي.
قام فريق دولي بقيادة باحث ICREA مارك جيليس من معهد علوم الكون في جامعة برشلونة (ICCUB) ومعهد دراسات الفضاء في كاتالونيا (IEEC) بإنشاء نموذج جديد يلقي الضوء على النجوم الضخمة جداً (EMS) التي تتجاوز كتلتها 1,000 مرة كتلة الشمس. نشرت في Monthly Notices of the Royal Astronomical Society، تظهر البحوث كيف شكلت هذه العمالقة قصيرة العمر تشكيل وتطور مبكر لأقدم تجمعات نجمية في الكون.
تجمعات الكروية (GCs) هي مجموعات كروية متراصة تحتوي على مئات الآلاف إلى ملايين النجوم، توجد في كل مجرة تقريباً، بما في ذلك درب التبانة. معظمها يبلغ عمره أكثر من 10 مليارات سنة، ونشأت بعد الانفجار العظيم مباشرة. تظهر النجوم في هذه التجمعات تركيبات كيميائية غير عادية، مع مستويات متغيرة من الهيليوم والنيتروجين والأكسجين والصوديوم والمغنيسيوم والألمنيوم—تغييرات محيرة تشير إلى عمليات غيرت الغاز الأصلي.
يوسع النموذج نظرية التدفق الدوراني، المطبقة على ظروف الكون المبكر. في التجمعات النجمية الضخمة، تولد تدفقات الغاز المتلاطمة بشكل طبيعي EMS تتراوح من 1,000 إلى 10,000 كتلة شمسية. تنتج هذه النجوم رياحاً قوية مليئة بمنتجات اندماج الهيدروجين عالية الحرارة، تمتزج مع الغاز النقي لإنشاء بصمات كيميائية مميزة في النجوم اللاحقة.
"يظهر نموذجنا أن بضع نجوم ضخمة جداً فقط يمكن أن تترك بصمة كيميائية دائمة على تجمع كامل"، يشرح مارك جيليس (ICREA-ICCUB-IEEC). "إنه يربط أخيراً فيزياء تشكيل التجمعات الكروية بالتوقيعات الكيميائية التي نلاحظها اليوم."
يضيف الباحثان لورا راميريز غاليانو وكورين شاربونيل من جامعة جنيف: "كان معروفاً بالفعل أن التفاعلات النووية في مراكز النجوم الضخمة جداً يمكن أن تخلق أنماط الوفرة المناسبة. الآن لدينا نموذج يوفر مساراً طبيعياً لتشكيل هذه النجوم في التجمعات النجمية الضخمة."
يحدث هذا العملية خلال واحد إلى مليوني سنة، قبل انفجارات السوبرنوفا، مما يتجنب التلوث بمواد السوبرنوفا. تمتد النتائج إلى المجرات الغنية بالنيتروجين التي لوحظت بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، والتي من المحتمل أن تحتوي على GCs مهيمنة بـEMS من تطور المجرات المبكر.
"قد تكون النجوم الضخمة جداً قد لعبت دوراً رئيسياً في تشكيل أول المجرات"، يلاحظ باولو بادوان (كلية دارتموث وICCUB-IEEC). "لمعانها وإنتاجها الكيميائي يفسر بشكل طبيعي المجرات الأولية الغنية بالنيتروجين التي نلاحظها الآن في الكون المبكر مع JWST."
يُعتقد أن هذه النجوم تنهار إلى ثقوب سوداء ذات كتلة متوسطة تزن أكثر من 100 كتلة شمسية، قابلة للكشف عبر الموجات الثقالية. الدراسة، المفصلة في Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2025; 544 (1): 483, DOI: 10.1093/mnras/staf1314)، تقدم تفسيراً موحداً لتشكيل النجوم والإثراء الكيميائي وأصول الثقوب السوداء في الكون المبكر.