ربما كان الكون المبكر يحتوي على بطاريات عملاقة من الغبار

توجد الحقول المغناطيسية في كل مكان في الكون، لكن معظم هذه الحقول تنشأ من عملية تسمى آلية الدينامو. وهي عملية فيزيائية يمكنها أخذ الحقول المغناطيسية وتمديدها، وثنيها، وطويها فوق بعضها البعض لجعلها أقوى. على سبيل المثال، تمنحنا عمليات الدينامو في قلب الأرض حقلنا المغناطيسي القوي. لكن علماء الفلك يجدون أيضًا حقولاً مغناطيسية على أكبر المقاييس، تمتد عبر مجرّات بكاملها أو حتى مجموعة مجرّات. في هذه المقالة نبيّن آلية الدينامو ودورها في تكوين النجوم والكواكب.

دراسة جديدة:

لطالما تساءل علماء الفلك عن مصدر هذه الحقول المغناطيسية، وقد طرحت دراسة جديدة فرضية مثيرة للاهتمام. عندما كان عمر كوننا بضع مئات من ملايين السنين فقط، بدأت النجوم الأولى بالتألق. وقد ماتت بسرعة وزرعت الكون بقطع من العناصر الثقيلة، ما أدى إلى خلق أول حبيبات الغبار في هذه العملية. عندما ظهر الجيل التالي من النجوم، سطع إشعاعها القوي من خلال كل الغاز والغبار المحيط بها. وكان هذا الإشعاع قويًا لدرجة أنه تمكّن من دفع حبيبات الغبار حرفيًا. كانت حبيبات الغبار مشحونة كهربائيًا، وبمجرد أن بدأت في التحرك، خلقت تيارًا كهربائيًا ضعيفًا ولكنه واسع النطاق للغاية. يؤدي التيار الكهربائي بشكل طبيعي إلى ظهور حقل مغناطيسي. في البداية كان هذا الحقل المغناطيسي منتظمًا، ولكن مع مرور الوقت، تكتلت حبيبات الغبار هنا وهناك، ما أدّى إلى عدم انتظام، أدّى بدوره إلى تشابك الحقل المغناطيسي. كانت هذه الحقول المغناطيسية ضعيفة بشكل لا يصدق، لا تزيد عن واحد من المليار من شدّة الحقل المغناطيسي الأرضي. لكنها كانت ممتدّة جدًا، على الأقل بضعة آلاف من السنين الضوئية في الحجم. هذه هي الظروف المثالية للسماح لآليات الدينامو بالبدء في تضخيمها وتمديدها إلى حجمها الحالي.

آلية الدينامو:

تلعب آلية الدينامو دورًا مهمًا في تشكيل الحقول المغناطيسية للنجوم والكواكب، ما يؤثر على تكوينها وتطورها. وفي حين أن آلية الدينامو نفسها لا تكوّن النجوم أو الكواكب بشكل مباشر، فإن عملها أثناء وبعد تكوينها يؤثر على بنيتها وسلوكها وبيئتها؛ فهي تشرح كيف تقوم الأجرام السماوية، مثل النجوم والكواكب، بتوليد حقولها المغناطيسية والحفاظ عليها. وهي تتضمن حركة السوائل الموصلة للكهرباء (مثل البلازما في النجوم أو المعدن السائل في نوى الكواكب) التي تخلق وتضخم الحقول المغناطيسية من خلال الحث الكهرومغناطيسي.

المكونات الرئيسية لآلية الدينامو:

المواد الموصلة للكهرباء: تتطلب آلية الدينامو مادة يمكنها توصيل الكهرباء، مثل البلازما في النجوم، والمعادن السائلة مثل الحديد المنصهر والنيكل في نوى الكواكب.

وبسبب حركة هذه المادة الموصلة، والتي غالبًا ما تكون مدفوعة بالحمل الحراري (الناجم عن اختلافات درجات الحرارة) والدوران، إضافةً إلى الحث (التحريض) الكهرومغناطيسي، تنشأ تيارات كهربائية. تنتج هذه التيارات بدورها حقولاً مغناطيسية. والتفاعل بين الحركة والحقل المغناطيسي يدعم عملية الدينامو.

الدوران: يعمل دوران الجسم السماوي (مثل دوران كوكب أو نجم) على محاذاة الحقول المغناطيسية وتنظيمها. ويتأثر هذا غالبًا بقوة كوريوليس، التي تمنح الحقل المغناطيسي بنيته واسعة النطاق المميزة.

لماذا تعد آلية الدينامو مهمة؟

بالإضافة إلى الحماية المغناطيسية من الأشعة المشحونة، ومساهمتها في الحفاظ على الغلاف الجوي وحماية الحياة، تؤثر الحقول المغناطيسية على تكوين النجوم والنشاط الشمسي وانتشار الأشعة الكونية.

دورها في تكوين النجوم: تتشكل النجوم من الانهيار الثقالي للغاز والغبار في السحب الجزيئية، ما يؤدي إلى ولادة النجوم الأولية. والحقول المغناطيسية التي تولدها آلية الدينامو حاسمة في هذه العملية؛ فهي تنظم الزخم الزاوي للغاز المنهار، وبدون هذا التنظيم، ستدور المادة المنهارة بسرعة كبيرة بحيث لا يمكنها تكوين نجم. كما أن الحقول المغناطيسية توجّه تدفّق المواد إلى النجم الأولي، ما يساعد في تشكيل قرص التراكم والنفاثات.

آلية الدينامو في النجوم الأولية: مع تشكل النجم الأولي وتأيّن نواته، يعمل الحمل الحراري والدوران على تحريك آلية الدينامو. يؤثر الحقل المغناطيسي الناتج على قرص التراكم من خلال توجيه الغاز والغبار إلى النجم المتشكل، ويساعد في إطلاق نفاثات النجم الأولي – وهي تيارات من الجسيمات المشحونة التي تُطلق على طول الأقطاب المغناطيسية، والتي تحمل بعيدًا الزخم الزاوي الزائد.

من جهة أخرى، يقوم الدينامو بتضخيم الحقول المغناطيسية الأولية الضعيفة في النجم الأولي المنهار. وتعدّ هذه الحقول بالغة الأهمية للتحكم في تبديد الطاقة ونقل الزخم الزاوي وديناميكيات بيئة تشكل النجوم.

دورها في تكوين الكواكب:

تتشكل الكواكب داخل الأقراص الكوكبية الأولية من الغاز والغبار المحيط بالنجوم الصغيرة. آلية الدينامو جزء لا يتجزأ من تطور الكواكب، وخاصة فيما يخصّ الكواكب الصخرية والكواكب الغازية العملاقة ذات النوى المنصهرة أو المعدنية. فالحقول المغناطيسية، التي يتم تضخيمها بفعل الدينامو، تؤثر على بنية الأقراص الكوكبية الأولية وتطورها، كما تساعد الاضطرابات المغناطيسية الهيدروديناميكية، التي تحركها الحقول المغناطيسية، في خلط ونقل المواد في القرص. أما في الكواكب الصغيرة، فالحقول المغناطيسية تساعد في تركيز الجسيمات الصغيرة، ما يساهم في تكوّنها.

الخاتمة:

إن السيناريو المرسوم في هذا البحث الجديد هو في الأساس عبارة عن بطارية مكونة من الغبار المحيط بالنجوم حديثة الولادة والتي تمتد لآلاف السنين الضوئية في الكون المبكر. إنه احتمال رائع، ويقترح الباحثون أن الخطوة التالية هي التحقيق في كيفية تطور هذه المجالات في محاكاة مفصلة للتطور الكوني، ومقارنة هذه النتائج بالملاحظات.