من بين الأسئلة الأساسية في علم الفلك: كيف تكونت النجوم والمجرات الأولى؟ يقدم تلسكوب جيمس ويب الفضائي جيمس ويب التابع لناسا رؤى جديدة حول هذا السؤال. يعد JWST Advanced Deep Extragalactic Survey أو JADES أحد أكبر البرامج في السنة الأولى من العلم في Webb ، والذي سيخصص حوالي 32 يومًا من وقت التلسكوب للكشف عن المجرات البعيدة الباهتة وتمييزها. بينما لا تزال البيانات ترد ، اكتشف JADES بالفعل مئات المجرات التي كانت موجودة عندما كان عمر الكون أقل من 600 مليون سنة. حدد الفريق أيضًا المجرات المتلألئة بالعديد من النجوم الشابة الساخنة.
يتم الإبلاغ عن هذه النتائج في الاجتماع 242 للجمعية الفلكية الأمريكية في البوكيرك ، نيو مكسيكو.
“مع JADES ، نريد الإجابة على الكثير من الأسئلة ، مثل: كيف جمعت المجرات الأولى نفسها؟ ما مدى سرعة تشكل النجوم؟ لماذا تتوقف بعض المجرات عن تشكيل النجوم؟” قالت مارسيا ريكي من جامعة أريزونا في توكسون ، القائدة المشاركة لبرنامج JADES.
مصانع النجمة
قاد رايان إندسلي من جامعة تكساس في أوستن تحقيقًا في المجرات التي كانت موجودة بعد 500 إلى 850 مليون سنة من الانفجار العظيم. كان هذا وقتًا حاسمًا يُعرف باسم عصر إعادة التأين. لمئات الملايين من السنين بعد الانفجار العظيم ، امتلأ الكون بضباب غازي جعله معتمًا للضوء النشط. بعد مليار سنة من الانفجار العظيم ، تلاشى الضباب وأصبح الكون شفافًا ، وهي عملية تُعرف باسم إعادة التأين. ناقش العلماء ما إذا كانت الثقوب السوداء النشطة فائقة الكتلة أو المجرات المليئة بالنجوم الشابة الساخنة هي السبب الرئيسي لإعادة التأين.
كجزء من برنامج JADES ، درس إندسلي وزملاؤه هذه المجرات باستخدام أداة Webb’s NIRSpec (مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة) للبحث عن بصمات تشكل النجوم — ووجدوها بكثرة. قال إندسلي: “تُظهر كل مجرة نكتشفها تقريبًا هذه الإشارات القوية بشكل غير عادي لخطوط الانبعاث التي تشير إلى تشكيل نجمي حديث مكثف. كانت هذه المجرات المبكرة جيدة جدًا في تكوين نجوم ساخنة ضخمة”.
تضخ هذه النجوم الضخمة الساطعة سيولًا من الأشعة فوق البنفسجية ، والتي حولت الغاز المحيط من معتم إلى شفاف عن طريق تأيين الذرات ، وإزالة الإلكترونات من نواتها. نظرًا لأن هذه المجرات المبكرة كانت تحتوي على مثل هذا العدد الكبير من النجوم الساخنة الضخمة ، فقد تكون المحرك الرئيسي لعملية إعادة التأين. ينتج عن إعادة توحيد الإلكترونات والنواة في وقت لاحق خطوط انبعاث قوية بشكل مميز.
وجد إندسلي وزملاؤه أيضًا دليلاً على أن هذه المجرات الصغيرة خضعت لفترات من تشكل النجوم السريع تتخللها فترات هدوء حيث تشكل عدد أقل من النجوم. ربما حدثت هذه النوبات والبدايات عندما استولت المجرات على كتل من المواد الخام الغازية اللازمة لتشكيل النجوم. بدلاً من ذلك ، نظرًا لأن النجوم الضخمة تنفجر بسرعة ، فقد تضخ الطاقة في البيئة المحيطة بشكل دوري ، مما يمنع الغاز من التكثف لتكوين نجوم جديدة.
كشف الكون المبكر
عنصر آخر في برنامج JADES يتضمن البحث عن أقدم المجرات التي كانت موجودة عندما كان عمر الكون أقل من 400 مليون سنة. من خلال دراسة هذه المجرات ، يمكن لعلماء الفلك استكشاف كيف كان تكوين النجوم في السنوات الأولى بعد الانفجار العظيم مختلفًا عما نراه في الأزمنة الحالية. يمتد الضوء القادم من المجرات البعيدة إلى أطوال موجية أطول وألوان أكثر احمرارًا من خلال تمدد الكون – وهي ظاهرة تسمى الانزياح الأحمر. من خلال قياس الانزياح نحو الأحمر للمجرة ، يمكن لعلماء الفلك معرفة مدى بعد المجرة ، وبالتالي ، متى كانت موجودة في الكون المبكر. قبل Webb ، لم يكن هناك سوى بضع عشرات من المجرات التي لوحظت فوق انزياح أحمر يبلغ 8 ، عندما كان عمر الكون أقل من 650 مليون سنة ، لكن JADES اكتشف الآن ما يقرب من ألف من هذه المجرات البعيدة للغاية.
يتضمن المعيار الذهبي لتحديد الانزياح الأحمر النظر إلى طيف المجرة ، والذي يقيس سطوعها بعدد لا يحصى من الأطوال الموجية المتقاربة. ولكن يمكن تحديد تقريب جيد من خلال التقاط صور لمجرة باستخدام مرشحات تغطي كل منها نطاقًا ضيقًا من الألوان للحصول على عدد قليل من قياسات السطوع. بهذه الطريقة ، يمكن للباحثين تحديد تقديرات لمسافات عدة آلاف من المجرات في وقت واحد.
استخدم Kevin Hainline من جامعة أريزونا في توكسون وزملاؤه أداة Webb’s NIRCam (كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة) للحصول على هذه القياسات ، والتي تسمى الانزياح الأحمر الضوئي ، وحدد أكثر من 700 مجرة مرشحة كانت موجودة عندما كان الكون يتراوح بين 370 مليون و 650 مليونًا. سنة. كان العدد الهائل لهذه المجرات يتجاوز بكثير التوقعات من الملاحظات التي تم إجراؤها قبل إطلاق Webb. تسمح الدقة والحساسية الرائعة للمرصد لعلماء الفلك بالحصول على رؤية أفضل لهذه المجرات البعيدة أكثر من أي وقت مضى.
قال هينلاين: “في السابق ، بدت المجرات الأولى التي يمكن أن نراها مجرد لطخات صغيرة. ومع ذلك ، فإن تلك اللطخات تمثل ملايين أو حتى مليارات النجوم في بداية الكون”. “الآن ، يمكننا أن نرى أن بعضها في الواقع عبارة عن كائنات ممتدة ذات هيكل مرئي. يمكننا أن نرى مجموعات من النجوم تولد بعد بضع مئات من ملايين السنين فقط من بداية الزمن.”
وأضاف ريكي: “نجد أن تشكل النجوم في بدايات الكون أكثر تعقيدًا مما كنا نظن”.
. “محلل حائز على جوائز. محب للموسيقى. منشئ. هواة Twitter. مستكشف ودود. محب للتواصل ودود.”