عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.
عدسة الجاذبية MACS JO416 والتي ربما ساعدت تلسكوب جيمس ويب الفضائي في اكتشاف النجوم الأولى التي ولدت بعد الانفجار الكبير. | حقوق الصورة: NASA، ESA، CSA، STScI، خوسيه دييغو (IFCA)، جوردان دي سيلفا (UWA)، أنطون كويكيمور (STScI)، جيك سمرز (ASU)، روجير ويندهورست (ASU)، هاوجينج يان (جامعة ميسوري)؛ معالجة الصور: جوزيف ديباسكال (STScI)
اكتشف علماء الفلك أن تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) ربما يكون قد عثر بالفعل على الجيل الأول الذي طال انتظاره من النجوم التي ولدت بعد وقت قصير من الانفجار الكبير.
هذه النجوم الأولية، والتي يشار إليها باسم نجوم Population III أو POP III، تسكن في مجرة تسمى LAP1-B والتي تمت دراستها سابقًا بواسطة التلسكوب الفضائي الذي تبلغ تكلفته 10 مليارات دولار. يسافر الضوء الصادر من هذه المجرة لمدة 13 مليار سنة للوصول إلى المجرة تلسكوب جيمس ويب الفضائي، وهذا يعني أننا نرى LAP1-B كما كان بعد 800 مليون سنة فقط من الانفجار الكبير.
يقول أحد العلماء الذين يقفون وراء هذا الاكتشاف، إن هذه قد تكون المرة الأولى التي نرى فيها مثل هذه النجوم القديمة. وقال قائد الفريق إيلي فيسبال من جامعة توليدو لموقع Space.com: “إذا كانت نجوم LAP1-B بالفعل هي نجوم Pop III، فهذا هو الاكتشاف الأول لهذه النجوم البدائية”. “لاكتشاف نجوم POP III، كنا بحاجة حقًا إلى حساسية تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، وكنا بحاجة أيضًا إلى التكبير 100 مرة من عدسة الجاذبية من مجموعة مجرات بيننا وبين LAP1-B.”
هذه المجرة بعيدة جدًا لدرجة أنها كانت مرئية فقط، حتى من خلال رؤية الأشعة تحت الحمراء الحساسة للغاية لـ JWST، وذلك بفضل الظاهرة التي تنبأ بها لأول مرة ألبرت أينشتاين في نظريته عن النسبية العامة عام 1915. تُعرف هذه الظاهرة باسم عدسة الجاذبية، وهي تصف تكبير الضوء من جسم بعيد عن طريق تشويه الفضاء بواسطة جسم متوسط الكتلة. عدسة الجاذبية التي مكبرة LAP1-B هي مجموعة ضخمة من المجرات التي تقع بين الأرض و LAP1-B على مسافة حوالي 4.3 مليار سنة ضوئية، تسمى MACS J0416.1-2403 (MACS0416).
التعرف على النجوم البكر في الكون
يرى تلسكوب جيمس ويب الفضائي المجرة LAP1-B كما كانت خلال عصر الكون المسمى “عصر إعادة التأين”، حيث يُعتقد أن الضوء فوق البنفسجي المنبعث من النجوم والمجرات الأولى يحول الغاز المحايد من الهيدروجين والهيليوم إلى غاز مشحون شديد الحرارة يسمى البلازما. وعلى هذا النحو، فإنه يمثل نهاية “العصور المظلمة الكونية”.
ويُعتقد أن نجوم POP III هذه قد تشكلت قبل هذه الحقبة؛ يجتمعون معًا بعد حوالي 200 مليون سنة الانفجار العظيم، بعد أن تمدد الكون وبرد بدرجة كافية للسماح للإلكترونات والبروتونات بتكوين الذرات الأولى للهيدروجين، أخف عنصر في الكون.
وقال فيسبال: “في النموذج القياسي لعلم الكونيات، تتشكل نجوم POP III في هياكل صغيرة جدًا من المادة المظلمة التي تعمل بمثابة لبنات بناء للمجرات الأكبر حجمًا”. “وهكذا، فهي تعلمنا عن المراحل الأولى لتكوين المجرات وتطورها. وقد تقيد أيضًا خصائص المادة المظلمة نظرًا لأن نماذج المادة المظلمة البديلة تؤثر على المكان الذي تتشكل فيه لأول مرة.”
وهذا يعني أن علماء الفلك كانوا حريصين على تحديد نجوم POP III، لكن هذا الجيل الأول من الأجسام النجمية أثبت حتى الآن أنه من الصعب اكتشافه.
وقال فيسبال: “لقد كانت نجوم POP III بعيدة المنال لأنها تتشكل في الغالب في أوقات مبكرة، لذا فهي بعيدة جدًا وفي مجموعات صغيرة”. “وهذا يجعلهم خافتين للغاية.”
نظرًا لأن نجوم POP III قد تشكلت في وقت كان فيه الكون مملوءًا بما يزيد قليلاً عن الهيدروجين والهيليوم، مع القليل من العناصر الأثقل (التي يسميها علماء الفلك “المعادن”)، فإن الجيل الأول من النجوم يجب أن يبرز من النجوم الحديثة “الغنية بالمعادن” مثل الشمس (نجم POP I) بسبب قلة معدنها.
وكان لهذه المعدن المنخفض تأثير آخر على نجوم POP III أيضًا، مما سمح لها بالوصول إلى كتل هائلة تعادل 100 مرة كتلة الشمس وأكثر. بالإضافة إلى ذلك، يُعتقد أيضًا أن نجوم POP III تتجمع في مجموعات صغيرة نسبيًا بسبب كتلتها الهائلة.
وقال فيسبال: “تشير عمليات المحاكاة إلى أنه بما أن الغاز البدائي يبرد بكفاءة أقل من الغاز الذي يحتوي على عناصر ثقيلة مثل الكربون والأكسجين، فإن تجزئة الغاز أقل أثناء تكوين النجوم”. “وهذا يقود نجوم POP III إلى أن تكون أكثر ضخامة من النجوم الغنية بالمعادن، وربما مع كتل نموذجية تبلغ 100 مرة كتلة الشمس.”
في الواقع، وجد الفريق أن النجوم في LAP1-B محاطة بالغاز مع الحد الأدنى من آثار المعادن، ويبدو أنها موجودة في مجموعات تبلغ كتلتها حوالي 1000 كتلة شمسية.
تشير هذه النتائج أيضًا إلى أن عدسة الجاذبية يمكن أن تكون وسيلة فعالة للبحث عن المزيد من نجوم POP III في الأوقات المبكرة، أو عند الانزياحات الحمراء العالية.
واختتم فيسبال حديثه قائلاً: “إلى أن قمنا بالحسابات، اعتقدت أن نموذجنا سيجد أن نجوم Pop III نادرة جدًا عند انزياح أحمر قدره 6.6 بحيث لا يمكن العثور عليها في جزء مكبر بقوة من عدسة الجاذبية. لقد فوجئت بسرور عندما وجدت أن حساباتنا أظهرت أنها يجب أن تكون شائعة بما يكفي لرصدها خلف عنقود مثل MACSJ0416”. “بعد ذلك، نريد إجراء عمليات محاكاة هيدروديناميكية أكثر تفصيلاً للانتقال من نجوم Pop III إلى Pop II [the universe’s second generation of stars] لمعرفة ما إذا كانت متوافقة مع طيف LAP-1B والأجسام المشابهة.”
تم نشر بحث الفريق في أواخر أكتوبر في رسائل مجلة الفيزياء الفلكية.