عند الشراء من خلال روابط على مقالاتنا ، قد يكسب المستقبل وشركاء المشاركة في العمولة.
تم اكتشاف Galaxy Jades-GS-Z13-1 البعيدة بشكل لا يصدق ، بعد 330 مليون سنة فقط من الانفجار الكبير ، في البداية مع التصوير العميق من NIRCAM من NIRCAM من جيمس ويب في ناسا (الكاميرا القريبة من الأشعة تحت الحمراء). الآن ، حدد فريق دولي من علماء الفلك بشكل قاطع انبعاثات الهيدروجين القوية من هذه المجرة في فترة مبكرة بشكل غير متوقع في تاريخ الكون. Jades-GS-Z-13 لديه الانزياح الأحمر (Z) من 13 ، وهو مؤشر على عمره ومسافة. | الائتمان: NASA ، ESA ، CSA ، Jades Collaboration ، J. Witstok (جامعة كامبريدج/جامعة كوبنهاغن) ، P. Jakobsen (جامعة كوبنهاغن) ، أ.
لقد اكتشف علماء الفلك مجرة قديمة للغاية تخترق حجاب الظلام الذي يكتنف الكون المبكر.
من المدهش أن أي ضوء من Galaxy Jades-GS-Z13-1-LA قد وصل إلى الأرض على الإطلاق. كانت الفوتونات القادمة من العالم الذي هبط مؤخراً على مرايا تلسكوب جيمس ويب للفضاء عندما كان الكون يبلغ من العمر 330 مليون سنة فقط – وفي تلك المرحلة من فترة المراهقة ، كان الكون ضبابيًا ومخففًا. كان الضباب الكثيف من الغاز يخفي المساحة بين النجوم ، وحتى بين المجرات ، وامتصاص ضوء النجوم وتكبس الكون كله في الظلام.
يطلق علماء الفلك هذه الفترة على العصور المظلمة الكونية ، و jades-gs-z13-1-la هو النور الأول الذي رأيناه (حتى الآن) يخترق هذا الضباب الكوني.
إلقاء الضوء على لحظة كبيرة للكون
منذ أكثر من 13.5 مليار سنة ، اشتعلت النخبة الإسلامية في الإضاءة فوق البنفسجية في ضوء الأشعة فوق البنفسجية-ولكن مع عداد هذا الضوء مليارات من السنوات الضوئية بين مجرته المنزلية ، فإن درب التبانة (التي كانت تتحرك بعيدًا عن كل شيء ، ويرجع ذلك بفضل حقيقة أن الكون لا يزال يمتد في أعقاب الانفجارات الكبيرة ، ولا يزال كل شيء يتصاعد من كل شيء.
ونتيجة لذلك ، أصبح ضوء الأشعة فوق البنفسجية لجهاز Galaxy البعيد ضوءًا بالأشعة تحت الحمراء في الوقت الذي وصلت فيه إلى درب التبانة.
الأشعة تحت الحمراء غير مرئية للبشر ، لكنها بالفعل مرئية للأدوات الحساسة على متن JWST ، مثل الكاميرا القريبة من الأشعة تحت الحمراء ، ومطياف الأشعة تحت الحمراء ، وأداة منتصف الأشعة تحت الحمراء.
استخدم عالم الفيزياء الفلكية بجامعة كوبنهاغن جوريس ويستوك وزملاؤه بيانات من تلك الأدوات لإلقاء الضوء في فترة غامضة في ماضي عالمنا البعيد: عصر إعادة التأين. المعروف أيضًا باسم Cosmic Dawn ، كانت هذه هي اللحظة التي بدأ فيها ضوء المجرات الأولى في إزالة الضباب الكثيف الذي ملأ الكون – واستوعب الضوء فوق البنفسجي – بعد حوالي 400000 عام من الضجة الكبيرة.
JADES-GS-Z13-1-LA موجودة مباشرة على أعتاب تلك اللحظة الحاسمة في تاريخ عالمنا. إنه من بين رواد إعادة التأين وواحدة من أقدم المجرات التي يمكننا رؤيتها بالفعل. وهذا يعني أنه يمكن أن يعلم الفيزيائيين حول كيفية حدوث هذه العملية وكيف تطورت المجرات الأولى.
وقال ويستوك لـ Space.com “أعتقد أن أحد الأسئلة الأكثر إثارة للاهتمام حول إعادة التأين هو ما إذا كان بإمكاننا تحديد اللحظة الأولى التي بدأت فيها في جميع أنحاء الكون.
من العصور المظلمة الكونية إلى الفجر الكوني
بحوالي 300 مليون عام بعد الانفجار الكبير ، انتقلت النجوم الأولى من سحابة المادة البدائية في الكون. كان الانصهار النووي بعمق داخل هذه النجوم يخرج من أول ضوء النجوم من الكون. في الوقت نفسه ، كان ضبابًا كثيفًا من غاز الهيدروجين مع القليل من الهيليوم ممزوج في الكون ويمتص ضوء النجوم.
كانت العصور المظلمة الكونية على قدم وساق.
تشكل الضباب الذي يتدفق بالكامل بينما كان الكون يبرد ببطء من الحرارة الهائلة وضغط الانفجار الكبير. في البداية ، كانت كل المسألة التي اندلعت مع الانفجار الكبير كانت ترتد في شكل بروتونات مشحونة بشكل إيجابي والإلكترونات المشحونة سلبًا (حسنًا ، ربما بدأت البروتونات كركبات ، والتي تمسك بها في النهاية لصنع البروتونات).
تباطأت هذه الجسيمات في النهاية بما يكفي للقبض على بعضها البعض وتشكيل الذرات. معا ، تتكون تلك الذرات ضباب سميك من الهيدروجين والهيليوم ، لا تظهر أي شحنة كهربائية. تمتص هذا الضباب الكثيف والمحايد ضوء الأشعة فوق البنفسجية وتصرف مثل ستارة تعتيم كونية معلقة بين المجرات. لكن الأشعة فوق البنفسجية غيرت السحابة نفسها في هذه العملية ، مما أدى إلى إخراج الإلكترونات من الذرات وإعطاء الغاز شحنة كهربائية (أو تأينها ، كما يقول علماء الفيزياء).
الغاز المؤين ، الذي يسمى أيضًا البلازما ، يمتص الطاقة بشكل مختلف عن الغاز المحايد ، لذلك بدأ ضوء المجرات في ذلك الوقت يخترق الحجاب.
تُظهر هذه الصورة Galaxy Jades GS-Z13-1 (النقطة الحمراء في الوسط) ، التي تم تصويرها مع NIRCAM NIRCAM (الكاميرا القريبة من الأشعة تحت الحمراء) كجزء من برنامج مسح JWST Advanced Deep Extragalactic (JADS). | الائتمان: NASA ، ESA ، CSA ، Jades Collaboration ، J. Witstok (جامعة كامبريدج/جامعة كوبنهاغن) ، P. Jakobsen (جامعة كوبنهاغن) ، M. Zamani (ESA/Webb)
كان الضوء من JADES-GS-Z13-1-LA قد خلق فقاعة من البلازما المعاد الأثرية حولها. وبحلول الوقت الذي تجاوز فيه الضوء إلى ما وراء حدود تلك الفقاعة-حوالي 650،000 سنة ضوئية ، وفقًا لـ Witstok-كانت أطواله الموجية قد امتدت بدرجة كافية بحيث كان من الممكن على الأقل بعضها من السحابة بين المجرات.
تخبر عالم الفيزياء الفلكية بجامعة ملبورن ميشيل ترينت ، التي لم تشارك في الدراسة ، Space.com أنها مهتمة بكيفية نمو فقاعات البلازما وتتداخل مع مرور الوقت أثناء عصر إعادة التأين ، حتى يتم إعادة التهيج بأكمله في النهاية – وشفافية.
نجوم ضخمة أو ثقب أسود فائق؟
لاحظ Witstok وزملاؤه أن الضوء من Jades-GS-Z13-1-LA بدا Bluer أكثر مما توقعوا (وهذا يعني أن المزيد منها جاء من نهاية الطول الموجي الأقصر للطيف الكهرومغناطيسي). تقوم المجرة أيضًا بإعطاء كمية مدهشة من نوع من الضوء يسمى إشعاع Lyman-α. يحدث هذا الإشعاع Lyman-α عندما يحصل الهيدروجين المحايد على انفجار من الأشعة فوق البنفسجية ، والذي يثير إلكترونه. مع استقرار الإلكترون للتراجع ، فإنه يترك تلك الطاقة كإشعاع Lyman-α.
يشير وجود الكثير من Lyman-α في طيف المجرة إلى قصف الهيدروجين المحيط مع الكثير من الأشعة فوق البنفسجية.
يقول ترينت: “هاتان الحقائقان مجتمعان تجعل المجرة فريدة من نوعها (وبالتالي مفاجأة)” ، و ” [they’re] يتعارض مع التوقعات من المجرات النموذجية التي نراها في نهاية إعادة التأين [around 0.8 billion to 1 billion years after the Big Bang]”
يتطلب شرح توهج Galaxy النشط بشكل مدهش شيئًا آخر مفاجئًا: إما Jades-GS-Z13-1-LA الصاخبة مع نجوم زرقاء ضخمة بشكل غير عادي ، أو أنه يحتوي على ثقب أسود فائق الفائق بشكل غير عادي في مركزه الذي يلتقط الغاز بنشاط.
إذا رأينا الضوء من مليارات النجوم في المجرة ، فيجب أن تكون هذه النجوم ضخمة وساخنة: حوالي 15 مرة أكثر سخونة من الشمس ، وأكثر من مائة مرة أكثر ضخامة.
توضيح تلسكوب جيمس ويب للفضاء. | الائتمان: Northrup Grumman
من ناحية أخرى ، إذا رأينا الضوء من ثقب أسود فائق التغذية الفائقة ، فإنه يجب أن يكون أكثر ضخامة من تلك الموجودة في قلب درب التبانة ، والتي تضم كتلة حوالي 4 ملايين شمس. بالنسبة لمعظم نماذج كيف تشكلت المجرات (والثقوب السوداء الفائقة في مراكزها) ، هذه فكرة مروعة: في وقت مبكر جدًا من تاريخ عالمنا ، لم يكن يجب أن يكون لدى أي ثقب أسود خارق وقت للنمو إلى هذا الحجم الهائل.
يقول ويستوك: “هناك بعض النماذج النظرية حيث من المتوقع ذلك ، لذلك إذا كان هذا هو الحال ، فقد يكون لها آثار مهمة للغاية على مثل هذه النظريات لتشكيل الثقب الأسود المبكر”.
بالنسبة إلى Trenti ، هذا هو أحد الأسئلة الأكثر إثارة للاهتمام حول عصر إعادة التأين: “ما هي مصادر الإشعاع التي تسهم في إعادة التأين؟ هل العملية مدفوعة بالنجوم العادية أو النجوم الغريبة أو الثقوب السوداء؟”
يمكن أن تخبرنا الإجابة بشيء عن مدى تشكيل المجرات المبكرة وتطورت إلى تلك مثل درب التبانة وجيرانها الحديثين تمامًا.
يبقى الغموض الكوني – الآن
لكن لا يزال لدى ويستوك وزملاؤه معلومات كافية لحل هذا اللغز المعين.
وقال ترينت: “يبدأ هذا الاكتشاف في تسليط الضوء على بعض الضوء عند بدء إعادة التأين ، ولكنه مجرد معاينة تثير الفضول ، من الصعب القيام بالعلم مع عينة من كائن واحد فقط”.
يوافق Witstok ، لكنه متفائل بشأن إيجاد المزيد من المجرات من أعتاب عصر إعادة التأين – وحتى الآن ، كان JWST يدفع حدود المدى الذي يمكن أن يرى فيه علماء الفلك في الوقت.
القصص ذات الصلة:
– يجد تلسكوب جيمس ويب للفضاء طفرة نمو ثقب أسود برية في المجرات في “الكونية الظهيرة”
– هل اكتشف تلسكوب جيمس ويب للفضاء ثقب أسود فائق “مفقود”؟ (فيديو)
– هل عالمنا محاصر داخل ثقب أسود؟ قد يفجر اكتشاف Telescope للفضاء James Webb
وقال ويستوك: “أنا متأكد خلال السنوات القادمة ، سنجد أمثلة على المجرات البعيدة ذات الخصائص المماثلة”. “تتضمن الخطوات التالية التحقيق في هذه المجرة بمزيد من التفصيل ، مع وجود ملاحظات جديدة بالفعل وأكثر جدولة يتم اتخاذها في المستقبل القريب ، ولكن أيضًا إيجاد المزيد من الأمثلة على المجرات مع إشعاع Lyman-α مشرق للغاية.”
إذا تمكن علماء الفلك من الحصول على قياسات أكثر تفصيلاً لطيف الضوء القادم من المجرة ، فقد يكونون قادرين على قياس كمية الهيليوم والأكسجين والكربون في إنتاج الضوء. سيتيح لهم ذلك مقارنة قياسات JWST مع نماذج الكمبيوتر للفيزياء المعنية ومعرفة أي تفسير يطابق البيانات بشكل أفضل.
تم نشر الدراسة في 26 مارس في مجلة الطبيعة.