10x المزيد من المستعرات الأعظم في الكون المبكر

ناسا‘س تلسكوب جيمس ويب الفضائي يثبت تفوقه كصياد للمستعرات الأعظم! بفضل حساسيته الشديدة للأشعة تحت الحمراء، يكتشف ويب المستعرات الأعظم البعيدة في كل مكان تقريبًا.

يعد ويب مثاليًا لتحديد المستعرات الأعظمية البعيدة للغاية بسبب ظاهرة تسمى الانزياح الأحمر الكوني، حيث يمتد الضوء المسافر عبر الكون إلى أطوال موجية أطول. يتمدد الضوء المرئي من المستعرات الأعظمية القديمة لدرجة أنه ينتهي في الأشعة تحت الحمراء. تم ضبط أدوات ويب لرؤية ضوء الأشعة تحت الحمراء، مما يجعلها مثالية للعثور على هذه المستعرات الأعظمية البعيدة.

حدد فريق من المستعرات الأعظم البعيدة 10 أضعاف ما كان معروفًا سابقًا باستخدام بيانات من مسح ويب العميق للكون المبكر. هذه الدراسة هي الخطوة الرئيسية الأولى نحو إجراء مسوحات أكثر شمولاً للمستعرات الأعظمية القديمة باستخدام ويب.

يستخدم JADES Deep Field الملاحظات التي التقطها تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا (JWST) كجزء من برنامج JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey). حدد فريق من علماء الفلك الذين يدرسون بيانات JADES حوالي 80 جسمًا (محاطة بدائرة باللون الأخضر) تغير سطوعها بمرور الوقت. معظم هذه الأجسام، المعروفة بالعابرين، هي نتيجة انفجار النجوم أو المستعرات الأعظم. مصدر الصورة: NASA، ESA، CSA، STScI، JADES Collaboration

يفتح تلسكوب ويب الفضائي نافذة جديدة على علوم المستعرات الأعظم

من خلال النظر بعمق إلى الكون، يقدم تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا للعلماء أول لمحة تفصيلية عن المستعرات الأعظم من وقت كان فيه كوننا مجرد جزء صغير من عمره الحالي. تمكن فريق يستخدم بيانات ويب من تحديد عدد من المستعرات الأعظم في بداية الكون أكبر بعشرة أضعاف مما كان معروفًا سابقًا. يعد عدد قليل من النجوم المتفجرة المكتشفة حديثًا هي الأمثلة البعيدة عن نوعها، بما في ذلك تلك المستخدمة لقياس معدل توسع الكون.

وقالت كريستا ديكورسي، طالبة الدراسات العليا في السنة الثالثة في مرصد ستيوارد وجامعة أريزونا في توكسون: “إن ويب عبارة عن آلة لاكتشاف المستعرات الأعظم”. “إن العدد الهائل من الاكتشافات بالإضافة إلى المسافات الكبيرة لهذه المستعرات الأعظمية هما أكثر النتائج إثارة من مسحنا.”

قدم DeCoursey هذه النتائج في مؤتمر صحفي في الاجتماع 244 للجمعية الفلكية الأمريكية في ماديسون، ويسكونسن.

حقوق الصورة: ناسا، وكالة الفضاء الأوروبية، وكالة الفضاء الكندية، آن فيلد (STScI)

“آلة اكتشاف المستعر الأعظم”

ولتحقيق هذه الاكتشافات، قام الفريق بتحليل بيانات التصوير التي تم الحصول عليها كجزء من برنامج JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). يُعد ويب مثاليًا للعثور على المستعرات الأعظمية البعيدة للغاية، لأن ضوءها يمتد إلى أطوال موجية أطول، وهي ظاهرة تُعرف باسم الانزياح الأحمر الكوني. (انظر الصورة أعلاه.)

قبل إطلاق ويب، تم العثور على عدد قليل فقط من المستعرات الأعظم فوق انزياح أحمر قدره 2، وهو ما يتوافق مع الوقت الذي كان فيه عمر الكون 3.3 مليار سنة فقط، أي 25% فقط من عمره الحالي. تحتوي عينة JADES على العديد من المستعرات الأعظمية التي انفجرت بشكل أكبر في الماضي، عندما كان عمر الكون أقل من 2 مليار سنة.

في السابق، استخدم الباحثون ناسا تلسكوب هابل الفضائي لمشاهدة المستعرات الأعظمية عندما كان الكون في مرحلة “الشباب البالغ”. باستخدام JADES، يرى العلماء المستعرات الأعظم عندما كان الكون في مرحلة “المراهقة” أو “ما قبل المراهقة”. وفي المستقبل، يأملون أن ينظروا إلى مرحلة “الطفل الصغير” أو “الرضيع” في الكون.

ولاكتشاف المستعرات الأعظم، قارن الفريق صورًا متعددة تم التقاطها بفاصل زمني يصل إلى عام واحد، وبحث عن المصادر التي اختفت أو ظهرت في تلك الصور. تسمى هذه الأجسام التي تختلف في السطوع المرصود مع مرور الوقت بالعابرين، والمستعرات الأعظمية هي نوع من الكائنات العابرة. إجمالاً، كشف فريق عينة المسح العابر التابع لـ JADES عن حوالي 80 مستعرًا أعظم في رقعة من السماء لا يتجاوز سمكها سمك حبة الأرز التي تم وضعها على مسافة ذراع.

تعرض هذه الفسيفساء ثلاثة من حوالي 80 كائنًا عابرًا، أو كائنًا متغير السطوع، تم تحديدها في بيانات برنامج JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey). معظم العابرين هم نتيجة انفجار النجوم أو المستعرات الأعظم. ومن خلال مقارنة الصور الملتقطة في عامي 2022 و2023، تمكن علماء الفلك من تحديد مواقع المستعرات الأعظم التي انفجرت مؤخرًا، من وجهة نظرنا (مثل الأمثلة الموضحة في العمودين الأولين)، أو المستعرات الأعظم التي انفجرت بالفعل وكان ضوءها يتلاشى (العمود الثالث).
يمكن تحديد عمر كل مستعر أعظم من خلال انزياحه نحو الأحمر (المشار إليه بالحرف “z”). نشأ ضوء المستعر الأعظم الأبعد، عند انزياح أحمر قدره 3.8، عندما كان عمر الكون 1.7 مليار سنة فقط. إن الانزياح نحو الأحمر بمقدار 2.845 يتوافق مع وقت 2.3 مليار سنة بعد الانفجار الكبير. أقرب مثال، عند انزياح أحمر قدره 0.655، يُظهر الضوء الذي ترك مجرته منذ حوالي 6 مليارات سنة، عندما كان عمر الكون يزيد قليلاً عن نصف عمره الحالي.
مصدر الصورة: NASA، ESA، CSA، STScI، كريستا ديكورسي (جامعة أريزونا)، تعاون JADES

قال زميله جوستين بيرل، زميل أينشتاين في ناسا في معهد علوم التلسكوب الفضائي (STScI) في بالتيمور، ميريلاند: “هذه في الحقيقة أول عينة لدينا لما يبدو عليه الكون ذو الانزياح الأحمر العالي في العلوم العابرة”. “نحن نحاول تحديد ما إذا كانت المستعرات الأعظمية البعيدة مختلفة بشكل أساسي عما نراه في الكون القريب أو تشبهه إلى حد كبير.”

قدم بييرل وغيره من الباحثين في STScI تحليلات متخصصة لتحديد أي العناصر العابرة كانت في الواقع مستعرات أعظم وأيها لم تكن كذلك، لأنها غالبًا ما كانت تبدو متشابهة جدًا.

حدد الفريق عددًا من المستعرات الأعظمية ذات الانزياح الأحمر العالي، بما في ذلك أبعد مستعر أعظم تم تأكيده طيفيًا على الإطلاق، عند انزياح أحمر قدره 3.6. انفجر نجمه الأصلي عندما كان عمر الكون 1.8 مليار سنة فقط. إنه ما يسمى بالمستعر الأعظم ذو الانهيار الأساسي، وهو انفجار لنجم ضخم.

تظهر هذه الرسوم المتحركة انفجار أ قزم ابيضوهي بقايا كثيفة للغاية من نجم لم يعد بإمكانه حرق الوقود النووي في قلبه. في هذا المستعر الأعظم من “النوع Ia”، تسرق جاذبية القزم الأبيض المواد بعيدًا عن نجم قريب منه. عندما يصل القزم الأبيض إلى ما يقدر بـ 1.4 مرة كتلة الشمس الحالية، فإنه لم يعد قادرًا على تحمل وزنه، وينفجر. الائتمان: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا

الكشف عن المستعرات الأعظم من النوع Ia البعيد

تعتبر المستعرات الأعظم من النوع Ia ذات أهمية خاصة لعلماء الفيزياء الفلكية. (انظر الفيديو أعلاه). هذه النجوم المتفجرة مشرقة جدًا لدرجة أنها تُستخدم لقياس المسافات الكونية البعيدة ومساعدة العلماء على حساب معدل توسع الكون. حدد الفريق مستعرًا أعظم واحدًا على الأقل من النوع Ia عند انزياح أحمر قدره 2.9. بدأ الضوء الناتج عن هذا الانفجار في السفر إلينا منذ 11.5 مليار سنة، عندما كان عمر الكون 2.3 مليار سنة فقط. الرقم القياسي السابق لمسافة مستعر أعظم من النوع Ia تم تأكيده طيفيًا كان انزياحًا أحمر قدره 1.95، عندما كان عمر الكون 3.4 مليار سنة.

يتوق العلماء إلى تحليل المستعرات الأعظم من النوع Ia عند الانزياحات الحمراء العالية لمعرفة ما إذا كانت جميعها تتمتع بنفس السطوع الجوهري، بغض النظر عن المسافة. وهذا أمر بالغ الأهمية، لأنه إذا كان سطوعها يتغير مع الانزياح نحو الأحمر، فلن تكون علامات موثوقة لقياس معدل توسع الكون.

قام بييرل بتحليل هذا المستعر الأعظم من النوع Ia الذي تم العثور عليه عند انزياح أحمر قدره 2.9 لتحديد ما إذا كان سطوعه الجوهري مختلفًا عن المتوقع. على الرغم من أن هذا هو أول جسم من نوعه، إلا أن النتائج لا تشير إلى أي دليل على أن سطوع النوع Ia يتغير مع الانزياح نحو الأحمر. هناك حاجة إلى مزيد من البيانات، ولكن في الوقت الحالي، تظل النظريات المستندة إلى المستعرات الأعظم من النوع Ia حول معدل توسع الكون ومصيره النهائي سليمة. كما قدم بيريل النتائج التي توصل إليها في الاجتماع 244 للجمعية الفلكية الأمريكية.

التطلع نحو المستقبل

كان الكون المبكر مكانًا مختلفًا تمامًا مع بيئات قاسية. يتوقع العلماء رؤية المستعرات الأعظمية القديمة التي تأتي من النجوم التي تحتوي على عناصر كيميائية ثقيلة أقل بكثير من النجوم مثل شمسنا. إن مقارنة هذه المستعرات الأعظمية مع تلك الموجودة في الكون المحلي ستساعد علماء الفيزياء الفلكية على فهم آليات تكوين النجوم وانفجار المستعرات الأعظم في هذه الأوقات المبكرة.

قال ماثيو سيبرت، زميل STScI، الذي يقود التحليل الطيفي للمستعرات الأعظمية JADES: “نحن نفتح نافذة جديدة على الكون العابر”. “تاريخيًا، كلما فعلنا ذلك، وجدنا أشياء مثيرة للغاية – أشياء لم نتوقعها.”

قال عضو فريق JADES Eiichi Egami، وهو أستاذ باحث في جامعة أريزونا في توكسون: “نظرًا لأن ويب حساس جدًا، فإنه يجد المستعرات الأعظمية وغيرها من الأجسام العابرة في كل مكان تقريبًا يشير إليه”. “هذه هي الخطوة الأولى المهمة نحو إجراء مسوحات أكثر شمولاً للمستعرات الأعظمية باستخدام ويب.”

يعد تلسكوب جيمس ويب الفضائي المرصد الرائد لعلوم الفضاء في العالم. يعمل ويب على حل الألغاز في نظامنا الشمسي، ويتطلع إلى ما وراء العوالم البعيدة حول النجوم الأخرى، ويستكشف الهياكل والأصول الغامضة لكوننا ومكاننا فيه. ويب هو برنامج دولي تقوده وكالة ناسا مع شركائها وكالة الفضاء الأوروبية (ESA)وكالة الفضاء الأوروبية) وCSA (وكالة الفضاء الكندية).