بقلم ويل دنهام
واشنطن (رويترز) – منذ بدء عملياته العام الماضي قدم تلسكوب جيمس ويب الفضائي لمحة مذهلة عن التاريخ المبكر لكوننا، حيث رصد مجموعة من المجرات يعود تاريخها إلى العصر الغامض الذي يسمى الفجر الكوني.
لكن وجود ما يبدو أنها مجرات ضخمة وناضجة خلال طفولة الكون كان يتحدى التوقعات – فهو كبير جدًا وفي وقت مبكر جدًا. وقد ترك ذلك العلماء يتدافعون للحصول على تفسير بينما كانوا يتساءلون عن المبادئ الأساسية لعلم الكونيات، وهو علم أصل الكون وتطوره. دراسة جديدة قد تحل اللغز دون تمزيق الكتب المدرسية.
استخدم الباحثون محاكاة حاسوبية متطورة لوضع نموذج لكيفية تطور المجرات الأولى. تشير هذه إلى أن تكوين النجوم قد تطور بشكل مختلف في هذه المجرات في مئات الملايين من السنين الأولى بعد حدث الانفجار الكبير قبل 13.8 مليار سنة والذي أدى إلى نشوء الكون عما يحدث في المجرات الكبيرة مثل مجرتنا درب التبانة التي تسكن الكون اليوم.
ووجدوا أن تشكل النجوم في المجرات المبكرة حدث في انفجارات كبيرة عرضية، وليس بوتيرة ثابتة. وهذا أمر مهم لأن العلماء عادة ما يستخدمون سطوع المجرة لقياس حجمها – الكتلة الجماعية لملايين أو مليارات النجوم.
لذا، وفقًا للدراسة، ربما كانت هذه المجرات صغيرة نسبيًا، كما هو متوقع، ولكنها قد تتوهج بنفس السطوع الذي تتوهج به المجرات الضخمة حقًا – مما يعطي انطباعًا خادعًا عن الكتلة الكبيرة – بسبب الانفجارات الرائعة لتكوين النجوم.
“يمكن لعلماء الفلك قياس مدى سطوع تلك المجرات المبكرة بشكل آمن لأن الفوتونات (جسيمات الضوء) يمكن اكتشافها وإحصاءها مباشرة، في حين أنه من الصعب للغاية معرفة ما إذا كانت تلك المجرات كبيرة أو ضخمة حقًا. فهي تبدو كبيرة لأنه يتم رصدها”. وقال جوتشاو صن، زميل ما بعد الدكتوراه في علم الفلك بجامعة نورث وسترن في إلينوي والمؤلف الرئيسي للدراسة التي نشرت هذا الأسبوع في مجلة Astrophysical Journal Letters: “يجب أن تكون مشرقة”.
اكتشف ويب، الذي تم إطلاقه في عام 2021 وبدأ تشغيله في عام 2022، حوالي 10 أضعاف المجرات شديدة السطوع منذ الفجر الكوني عما كان متوقعًا بناءً على معظم النماذج النظرية.
“وفقًا للنموذج القياسي لعلم الكونيات، لا ينبغي أن يكون هناك العديد من المجرات الضخمة جدًا خلال الفجر الكوني لأن المجرات تستغرق وقتًا لتنمو بعد الانفجار الكبير. مباشرة بعد الانفجار الكبير، امتلأ الكون بسخونة شديدة الحرارة وموحدة تقريبًا وقال كلود أندريه فوشير جيجير، عالم الفيزياء الفلكية بجامعة نورث وسترن وكبير مؤلفي الدراسة: “البلازما – كرة نارية – ولم تكن هناك نجوم أو مجرات”.
“في بحثنا الجديد، نظهر كميًا باستخدام عمليات المحاكاة لدينا أن انفجارات تكوين النجوم تنتج ومضات من الضوء يمكن أن تفسر المجرات شديدة السطوع التي لاحظها ويب. والسبب في أهمية هذا الأمر هو أننا نفسر هذه المجرات شديدة السطوع دون الحاجة إلى وأضاف فوشير جيجير: “لكسر النموذج الكوني القياسي”.
تم إجراء عمليات المحاكاة في الدراسة كجزء من مشروع بحث ردود الفعل على البيئات النسبية (FIRE).
وتركزت النتائج على ظاهرة تسمى “تشكيل النجوم المتفجرة”.
“على النقيض من تشكل النجوم بمعدل ثابت تقريبًا، فإن نشاط تكوين النجوم في تلك المجرات المبكرة كان متقطعًا ومتقطعًا، مع بعض التقلبات الكبيرة بمرور الوقت. وهذا بدوره يؤدي إلى اختلافات كبيرة في تكوينها”. وقال صن: “السطوع لأن الضوء الذي تراه التلسكوبات مثل JWST ينبعث من النجوم الشابة التي تشكلت في تلك المجرات”.
لدى الباحثين فكرة عن سبب حدوث هذه الظاهرة في المجرات الأصغر. في هذه الحالات، قد تتشكل مجموعة من النجوم الكبيرة جدًا في انفجار مفاجئ، ثم تنفجر كمستعرات أعظمية بعد بضعة ملايين من السنين فقط بسبب حجمها الكبير. إنهم يطلقون الغاز إلى الفضاء الذي يصبح مكونات لانفجار آخر لتكوين النجوم. لكن تأثيرات الجاذبية الأقوى في المجرات الأكبر حجما تمنع هذه الانفجارات، مما يفضل تكوين النجوم الثابت.
وتتوقع صن أن يستمر ويب في تحدي فهمنا للكون وتقديم رؤية جديدة، بغض النظر عما إذا كان يلبي التوقعات العلمية.
وقال صن: “هذه هي بالضبط الطريقة التي يتم بها إنجاز العلم وتقدمه”.
(تقرير بقلم ويل دونهام، تحرير روزالبا أوبراين)