باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، اكتشف علماء الفلك مجموعات نجمية في قوس “الجواهر الكونية” التي كانت موجودة بعد 460 مليون سنة فقط من الانفجار الكبير. يمثل هذا أول اكتشاف لمجموعات نجمية في مجرة حديثة الولادة، كما كان الحال عندما كان عمر الكون البالغ 13.8 مليار سنة أقل من 500 مليون سنة.
قوس الجواهر الكونية، الذي تم اكتشافه في البداية بواسطة تلسكوب هابل الفضائي وتم تسميته رسميًا بـ SPT0615-JD1، هو عبارة عن مجرة وليدة بعدسات جاذبية تبعد حوالي 13.3 مليار سنة ضوئية عن الأرض. وهذا يعني أن الضوء الصادر من هذه المجرة، الذي يراه تلسكوب جيمس ويب الفضائي، يسافر إلى الأرض لنحو 97% من عمر الكون.
عثر الفريق الدولي من علماء الفلك الذين يقفون وراء هذا الاكتشاف على خمس مجموعات نجمية شابة ضخمة في قوس الجواهر الكونية. كانت هذه العناقيد موجودة خلال الفترة التي كانت فيها المجرات الصغيرة تمر بانفجارات مكثفة لتكوين النجوم وتنبعث منها كميات هائلة من الضوء فوق البنفسجي. قد يكون هذا الإشعاع مسؤولاً عن إطلاق إحدى المرحلتين الرئيسيتين في تطور الكون: عصر إعادة التأين الكوني.
إن دراسة هذه العناقيد النجمية الخمس يمكن أن تعلم علماء الفلك الكثير عن هذه الفترة المبكرة في الكون.
متعلق ب: تلسكوب جيمس ويب الفضائي يتجسس على سلوك نجمي لم يسبق له مثيل في سديم بعيد (فيديو، صورة)
وقالت أنجيلا أدامو Angela Adamo من جامعة ستوكهولم ومركز أوسكار كلاين في السويد، ورئيسة الفريق، في بيان: “كانت المفاجأة والدهشة لا تصدق عندما فتحنا صور تلسكوب جيمس ويب الفضائي لأول مرة”. “لقد رأينا سلسلة صغيرة من النقاط الساطعة المنعكسة من جانب إلى آخر – هذه الأحجار الكريمة الكونية هي عناقيد نجمية! بدون تلسكوب جيمس ويب الفضائي، لم نكن لنعرف أننا ننظر إلى عناقيد نجمية في مثل هذه المجرة الشابة!”
تعتبر العناقيد النجمية المكتشفة حديثًا في قوس الأحجار الكريمة الكونية رائعة بسبب طبيعتها الضخمة والكثيفة. كثافة العناقيد النجمية الخمس أكبر بكثير من كثافة العناقيد النجمية القريبة.
يد العون من أينشتاين
تعتبر حقبة إعادة التأين مهمة جدًا لأنها كانت المرحلة التي زودت فيها مصادر الضوء الأولى في الكون – المجرات المبكرة والنجوم والكوازارات الهائلة التي تعمل بالثقوب السوداء – بالطاقة التي فصلت الإلكترونات بعيدًا عن الهيدروجين المحايد الذي ملأ الكون .
تقع العناقيد النجمية المكتشفة حديثًا في منطقة صغيرة جدًا من مجرتها ولكنها مسؤولة عن غالبية الضوء فوق البنفسجي القادم من تلك المجرة، مما يعني أن مجموعات مثل هذه ربما كانت المحرك الأساسي لإعادة التأين.
وبدراسة إعادة التأين، يستطيع العلماء أن يتعلموا المزيد عن العمليات التي شكلت هياكل واسعة النطاق في الكون. ويمكن أن يكشف هذا عن الكيفية التي أفسح بها توزيع المادة السلس بشكل ملحوظ خلال العصور الكونية المبكرة المجال أمام الكون المنظم للغاية من المجرات (وعناقيد المجرات) التي يراها علماء الفلك في العصور اللاحقة من الكون.
وبشكل أكثر تحديدًا، يمكن لهذه العناقيد النجمية الخمس المبكرة أن توضح مكان تشكل النجوم وكيفية توزيعها خلال نشأة الكون. ويقول فريق الدراسة إن هذا يوفر فرصة فريدة لدراسة تكوين النجوم بالإضافة إلى الأعمال الداخلية للمجرات الناشئة على مسافة غير مسبوقة.
وقال لاري برادلي، الباحث الرئيسي في برنامج الرصد الذي التقط هذه البيانات، في البيان: “إن حساسية تلسكوب جيمس ويب الفضائي المذهلة ودقة الزوايا عند الأطوال الموجية القريبة من الأشعة تحت الحمراء، بالإضافة إلى عدسة الجاذبية التي يوفرها العنقود المجري الضخم في المقدمة، مكنت من هذا الاكتشاف”. . “لا يمكن لأي تلسكوب آخر أن يحقق هذا الاكتشاف.”
لرؤية هذه الأجسام البعيدة كما كانت في بداية الكون، يستخدم تلسكوب جيمس ويب الفضائي مبدأً من نظرية الجاذبية التي وضعها أينشتاين عام 1915: النسبية العامة.
تشير النسبية العامة إلى أن الأجسام ذات الكتلة تتسبب في تشوه نسيج المكان والزمان، المتحدين ككيان رباعي الأبعاد يسمى “الزمكان”. كلما زادت كتلة الجسم، زاد تشوه الزمكان الذي يسببه.
عندما يمر الضوء من مصادر الخلفية بهذا الالتواء، يصبح مساره منحنيًا. كلما اقترب الضوء من الجسم الملتوي، كلما أصبح مساره منحنيًا أكثر. ونتيجة لذلك، يمكن للضوء الصادر من جسم واحد أن يصل إلى مراقب، مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي، أكثر من مرة وفي أوقات مختلفة.
وهذا يعني أن مصادر الضوء يمكن أن تظهر في أماكن متعددة في نفس الصورة، أو أن يتم نقل مواضعها إلى مواضع واضحة، أو، وهو الأمر الأكثر فائدة، يتم تضخيم ضوءها. وتسمى الظاهرة الأخيرة “عدسة الجاذبية”، حيث يسمى الجسم الواقع بين جسم بعيد في الخلفية والأرض “جسم عدسة العدسة”.
في هذه الحالة، يكون الجسم العدسي عبارة عن مجموعة مجرات عدسةية تسمى SPT-CL J0615−5746، والأجسام الخلفية هي الأحجار الكريمة الكونية وعناقيدها النجمية ومجرتين بعيدتين بعدسات.
“ما يميز قوس الجواهر الكونية هو أنه بفضل عدسة الجاذبية، يمكننا في الواقع حل المجرة وصولاً إلى مقاييس الفرسخ الفلكي!” قال أدامو.
كيف تتجمع المجموعات الكروية معًا؟
إحدى دراسات المتابعة الواعدة التي جاءت من مراقبة تلسكوب جيمس ويب الفضائي للعناقيد النجمية المبكرة تتعلق بكيفية تشكيل ترتيبات النجوم، والتي تسمى “العناقيد الكروية”. كما نرى في مجرتنا، درب التبانة، فإن العناقيد الكروية هي بقايا قديمة من الانفجارات المكثفة لتكوين النجوم في الكون المبكر.
العلماء ليسوا متأكدين تمامًا من كيفية تجمع هذه التكتلات الكروية من النجوم المربوطة بإحكام والمرتبطة بالجاذبية، ولكن قد يكون من المهم أن تكون العناقيد النجمية الشابة الضخمة والكثيفة في قوس الأحجار الكريمة الكونية هي المراحل الأولى لتكوين العنقود الكروي. وهذا يعني أنها يمكن أن توفر نافذة مفيدة بشكل لا يصدق للمراحل المبكرة من الولادة العنقودية الكروية.
يمكن لهذه العناقيد النجمية الخمس أن تساعد أيضًا في فهم جوانب أخرى من التطور الكوني.
“الكثافات النجمية العالية الموجودة في العناقيد تزودنا بالمؤشر الأول للعمليات التي تحدث في داخلها، مما يعطي رؤى جديدة حول احتمالية تكوين نجوم ضخمة جدًا وبذور ثقوب سوداء، وكلاهما مهم لتطور المجرات.” قال.
ستستمر دراسة قوس الجواهر الكونية مع تخطيط الفريق الذي يقف وراء هذا البحث بالفعل لمراقبة هذه المجرة المبكرة باستخدام أدوات قياس طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRSpec) وأداة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (MIRI) التابعة لـ JWST خلال الدورة الثالثة من عمليات التلسكوب الفضائي البالغة قيمتها 10 مليارات دولار. .
وقال برادلي: “ستسمح لنا عمليات رصد NIRSpec بتأكيد الانزياح الأحمر للمجرة ودراسة انبعاث الأشعة فوق البنفسجية للمجموعات النجمية، والتي سيتم استخدامها لدراسة خصائصها الفيزيائية بمزيد من التفصيل”. “سوف تسمح لنا ملاحظات MIRI بدراسة خصائص الغاز المتأين.”
يجب أن تكشف هذه الملاحظات الطيفية مدى كثافة تكوين النجوم في المواقع النشطة لهذه المجرة الناشئة.
قصص ذات الصلة:
– يتألق سديم السرطان الشهير في مناظر رائعة لتلسكوب جيمس ويب الفضائي
– يرى تلسكوب جيمس ويب الفضائي سديم أوريون في ضوء جديد مذهل
— سديم أحمر وردي يتوهج في صورة رائعة جديدة لتلسكوب ESO
ويعتزم علماء الفلك الذين يقفون وراء هذه الدراسة الآن أيضًا دراسة مجرات أخرى للبحث عن مجموعات نجمية مشابهة لهذه الخمس.
وقال عضو الفريق إيروس فانزيلا من المعهد الوطني للفيزياء الفلكية (INAF): “أنا واثق من أن هناك أنظمة أخرى مثل هذه تنتظر اكتشافها في الكون المبكر، مما يمكننا من تعزيز فهمنا للمجرات المبكرة”.
نُشر بحث الفريق يوم الاثنين (24 يونيو) في مجلة Nature.