منذ أن وضع علماء الفلك أعينهم لأول مرة على الأذرع الحلزونية المتلألئة لمجرتنا، درب التبانة، تساءلوا عن العمليات التي قد تدفع تطور هذه الهياكل الضخمة المرصعة بالنجوم. ومن المفترض أن هذه العمليات نفسها هي السبب وراء رؤيتنا لهذا التنوع المذهل لأحياء المجرات في الكون المرئي، والذي يحتوي على ما يقدر بنحو 2 تريليون مجرة ذات أحجام وأشكال وتركيبات فريدة.
لذا، في محاولة لتعزيز فهمنا لتطور المجرة، أكثر من 100 عالم فلك من أكثر من 80 مؤسسة وقد دعت جميع أنحاء العالم إلى تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) لإجراء مسح متعدد العصور ومساحة كبيرة ومتعدد الأطوال الموجية للمناطق الداخلية لمجرة درب التبانة. إن فك شيفرة ديناميكيات قلب مجرة درب التبانة، أو مركز المجرة (GC)، يجب أن يسلط الضوء على ما يحدث في العديد من المجرات الأخرى في عالمنا أيضًا.
بينما ال درب التبانةيعد مركز المجرة من أكثر المناطق التي تمت دراستها في سماء الليل، ولا يزال عدد من ألغازها الفلكية قائما.
متعلق ب: يكشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي عن مسافات تقارب 200 مجرة في الفضاء السحيق
على سبيل المثال، يتساءل العلماء، ما هو الدور الذي يلعبه ثقب أسود عملاق تجلس في مركز مجرتنا، القوس أ*، يلعب في تطوره؟ لماذا يكون تكوين النجوم في مجرتنا أبطأ مما ينبغي أن يكون في السحب الجزيئية الباردة والمظلمة في المنطقة؟ كيف تظهر مجموعات النجوم المركزية في مجرتنا في المقام الأول؟
لماذا تلسكوب جيمس ويب الفضائي؟
قال آدم جينسبيرغ، عالم الفلك من جامعة فلوريدا والذي شارك في تأليف الورقة البيضاء، لموقع Space.com: “من الصعب مراقبة مركز مجرتنا لسببين”.
يقول جينسبيرغ إن مركز المجرة مليء بالكائنات الفضائية النجوم. إنها كثيفة جدًا، في الواقع، لدرجة أن التلسكوبات الأصغر حجمًا تكافح لتمييز نجم عن آخر. بالإضافة إلى رؤيتنا لمركز المجرة من أرض يعوقها سحب كبيرة من الغبار.
أوضح جينسبيرغ: “يحل تلسكوب جيمس ويب الفضائي هاتين المشكلتين، لأنه تلسكوب كبير، ويتمتع بدقة ممتازة ويمكنه فصل النجوم عن بعضها البعض بشكل جيد. ولأنه يرصد في الأشعة تحت الحمراء، يمكنه الرؤية من خلال الغبار. لا يوجد شيء آخر التلسكوب يمكنه القيام بالأمرين معًا.”
إن كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRCam) الخاصة بـ JWST ونظام المرشحات الخاص بها، والتي تسمح لعلماء الفلك بفصل أطياف ضوء الأشعة تحت الحمراء إلى أطوال موجية منبعثة من مواد محددة، تجعل المرصد قادرًا بشكل فريد على النظر عبر هذه المناطق الكثيفة من الغبار. بالنسبة للعين المجردة، تبدو هذه المناطق وكأنها فراغات مظلمة لأننا لا نستطيع رؤية سوى الأطوال الموجية للضوء المرئي، والتي تحجبها حجاب الغبار. ومع ذلك، يمكن للأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء أن تعبر إلى الجانب الآخر، لتصل في النهاية إلى كاشفات تلسكوب جيمس ويب الفضائي.
كما أن تلسكوب جيمس ويب الفضائي قادر أيضًا على إجراء عمليات رصد بأطوال موجية أطول من الأشعة تحت الحمراء، والتي يستخدمها لمراقبة المجرات في بداية الكون. لقد امتد الضوء الصادر من هذه المجرات، أو “انزاح نحو الأحمر” بسبب التوسع المستمر الكون، حيث تتحرك موجاتها الضوئية نحو الطرف الأحمر من الطيف الكهرومغناطيسي (حيث يتم تصنيف الأطوال الموجية الأطول). تُعرف هذه العملية أيضًا باسم تأثير دوبلر. الأشعة تحت الحمراء أطول في الطول الموجي وأقل في الطاقة من الضوء المرئي، مما يجعلها غير مرئية للبشر.
لكن حتى مع ذلك، لن يتمكن تلسكوب واحد من التقاط الصورة بأكملها، ولهذا السبب يقترح الفريق استخدام عدد من التلسكوبات الأخرى (القديمة والجديدة) لدعم نتائج تلسكوب جيمس ويب الفضائي.
ووفقا للصحيفة، من المقرر أن يشمل المسح مصفوفة أتاكاما المليمترية الكبيرة (ALMA) و تلسكوب هابل الفضائي، وكلاهما في الخدمة بالفعل، بالإضافة إلى التلسكوبات المستقبلية مثل التلسكوب الفضائي الرومانيوالتلسكوب الكبير للغاية التابع للمرصد الفضائي الأوروبي والقمر الصناعي الياباني للقياس الفلكي JASMINE. سيقوم المسح المقترح متعدد العصور بجمع البيانات عن مركز المجرة على فترات زمنية تتراوح بين سنة وخمس وعشر سنوات.
ماذا يمكن أن نتعلم؟
أحد أكبر الأسئلة التي لم يتم حلها بعد حول مجرة درب التبانة يحيط بكيفية ثقبها الأسود، Sgr. A*، أثر على تطور مجرتنا الأم.
يعرف علماء الفلك بالفعل تلك المجرة الضخمة الثقوب السوداء تنمو مثل هذه في الغالب عن طريق التغذية بالغاز الذي يحيط بالثقوب نفسها في أشكال تشبه الصفائح المعروفة باسم الأقراص التراكمية. وبالتالي، نظرًا لأن وجود مثل هذا الغاز يعد أيضًا عنصرًا ضروريًا لتكوين النجوم، فمن المعقول استنتاج علاقة بين تاريخ نمو القوس A*، ومعدل تكوين النجوم في مركز المجرة. يجب أن تعطي الملاحظات المقترحة متعددة العصور لمركز المجرة علماء الفلك فكرة قوية عن عدد النجوم التي تتشكل، وبالتالي معدل نمو Sgr. أ*.
تبعث الثقوب السوداء النشطة كميات كبيرة من الإشعاع الكهرومغناطيسي، ولكن يبدو أن القوس A* هادئ نسبيًا على هذه الجبهة، مما يشير إلى أنه لا يستهلك كميات كبيرة من المواد. يشير علماء الفلك إلى القوس A* على أنه ثقب أسود “هادئ”، مما يعني أنه خامل بشكل أساسي – وهو دليل في القصة.
قال راينر شودل، عالم فلك من معهد الفيزياء الفلكية في الأندلس في إسبانيا والمؤلف الأول للورقة البحثية، لموقع Space.com: “إن Sgr. A* عبارة عن ثقب أسود هادئ ويبدو أنه اكتسب معظم كتلته في الماضي”.
يوضح جينسبيرغ أن المسح يمكن أن يساعد علماء الفلك في الحصول على تقديرات أفضل لما يسمى بوظيفة الكتلة الأولية (IMF)، وهو العدد النسبي للنجوم الكبيرة إلى الصغيرة التي تتشكل. تخبر هذه الوظيفة علماء الفلك بكمية إنتاج مجموعات النجوم الخفيفة. وهذا أمر مهم في دراسات المجرات البعيدة جدًا بحيث لا يتمكن علماء الفلك من رؤية النجوم الفردية.
“لكن من الصعب قياس صندوق النقد الدولي، لأن ألمع النجوم يذهب سوبر نوفا في وقت قصير جدًا، لذا فهي ليست موجودة لفترة كافية للقياس. ويمنحنا مركز المجرة فرصة جميلة للتغلب على هذه المشكلة لأنه يحتوي على العديد من النجوم من كافة الكتل. إنها أيضًا بيئة مختلفة بدرجة كافية عن الحي الشمسي حيث نتعلم شيئًا جديدًا حول كيفية تطبيق قواعد تكوين النجوم على المجرات الأخرى”.
ما هي العقبات؟
“يعد تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) تلسكوبًا تنافسيًا للغاية، مع ما قد يكون أعلى معدل اشتراك زائد لأي تلسكوب تم تصنيعه – ويطالب علماء الفلك بالمزيد وقت وقالت جينسبيرغ: “ما هو متاح”.
عندما يقدم علماء الفلك مقترحًا لاستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي، تجتمع لجنة من الخبراء لتقييم العلوم ذات الصلة. ومع ذلك، هناك قواعد تنص على أنه إذا كنت مشتركًا في اقتراح ما، أو إذا كنت ستستفيد منه، فلا يمكنك تقييم الاقتراح (لسبب وجيه). وهذا يخلق مشكلة للمجتمع الذي يدرس مركز المجرة، حيث يرغب جميع علماء الفلك الذين يدرسون هذه المنطقة تقريبًا في المشاركة في برنامج مسح مركز المجرة JWST.
قصص ذات الصلة:
– اكتشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي عنصرًا كيميائيًا ثقيلًا نادرًا من انفجار “كيلونوفا”.
– كيف أحضر المخرج ناثانيال كان تلسكوب جيمس ويب الفضائي إلى IMAX مع فيلم “Deep Sky”
– رصد تلسكوب جيمس ويب الفضائي تيارًا نفاثًا على كوكب المشتري أقوى من إعصار من الفئة الخامسة
وهذا لا يترك أحدًا لديه المعرفة المحددة المطلوبة حول الموضوع لمراجعة الاقتراح بشكل عادل. ولذلك كان من المهم إظهار الفلك يقول جينسبيرغ: “يقول المجتمع أن هناك إجماعًا واسعًا على الحاجة إلى مثل هذا الاستطلاع”.
مركز مجرة درب التبانة هو قلب المجرة الوحيد الذي يمكننا ملاحظته حيث يمكن فحص كل نجم على حدة. وكلما تعلمنا أكثر عن مجرتنا، كلما تعلمنا أكثر عن كيفية تطور المجرات الأخرى في جميع أنحاء الكون.
يريد شودل وجينسبيرغ والمؤلفون الآخرون أن يأخذونا في رحلة من ضواحي المجرة إلى وسط المدينة، حيث تنتظرنا مدينة صاخبة ومليئة بالغموض.
ويمكن الاطلاع على دراسة الاقتراح على خادم ما قبل الطباعة arXiv. كان صدر على الانترنت في اكتوبر.