تم الكشف عن ما لم يكن أكثر من مجرد نقطة ضوء لتلسكوب هابل الفضائي كواحدة من أقدم المجرات المكتشفة على الإطلاق – ولا يدين هذا الاكتشاف إلا لشقيق هابل الأصغر: تلسكوب جيمس ويب الفضائي.
وأجرت مؤسسة جيمس ويب الفضائية بالتعاون الدولي “الزجاجي” ملاحظات تفصيلية للمجرة، التي يطلق عليها اسم Gz9p3، والتي يُنظر إليها على أنها كانت بعد 510 ملايين سنة فقط من الانفجار الكبير. حدث ذلك خلال مرحلة الطفولة النسبية للكون، والتي يبلغ عمرها الآن 13.8 مليار سنة.
اكتشف الفريق أنه، مثل الكثير من المجرات المبكرة الأخرى التي شاهدها تلسكوب جيمس ويب الفضائي، فإن Gz9p3 أكثر كتلة ونضجًا بكثير من المتوقع بالنسبة لمجرة في الكون الوليد. خلال الفترة الزمنية القديمة التي تم رصدها فيها، يبدو أنها تحتوي بالفعل على عدة مليارات من النجوم.
عندما يتعلق الأمر باللغز الكوني المتمثل في كيفية نمو المجرات المبكرة لتصبح ضخمة جدًا بهذه السرعة، فقد يكون Gz9p3 لغزًا حقيقيًا. إنها ليست فقط أكثر ضخامة من المتوقع، ولكنها أكبر بحوالي 10 مرات من المجرات الأخرى التي شاهدها تلسكوب جيمس ويب الفضائي في عصور مماثلة من تاريخ الكون.
متعلق ب: يعقد تلسكوب جيمس ويب الفضائي مفارقة الكون المتوسعة عن طريق التحقق من عمل هابل
كتب كيت بوييت، عضو الفريق والعالم في جامعة ملبورن، لمجلة Pursuit الصادرة عن المعهد: “قبل عامين فقط، ظهر Gz9p3 كنقطة ضوء واحدة من خلال تلسكوب هابل الفضائي”. “ولكن باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي، يمكننا مراقبة هذا الجسم كما كان بعد 510 مليون سنة من الانفجار الكبير، قبل حوالي 13 مليار سنة.”
Gz9p3 رائع بكل بساطة. إلى جانب حجمه ونضجه، يكشف شكله أيضًا عن أدلة حول إنشائه.
هل تم إنشاء Gz9p3 عن طريق اندماج المجرات المبكر؟
وباستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي والتصوير المباشر، تمكن الفريق من تحديد أن Gz9p3 له شكل معقد مع بقعتين ساطعتين تكشفان عن نواته الكثيفة. يشير ذلك إلى أنه من المحتمل أن تكون Gz9p3 قد تم إنشاؤها عندما اصطدمت مجرتان مبكرتان معًا في الكون الوليد. ربما كان هذا الاصطدام لا يزال مستمرًا خلال الوقت الذي لاحظ فيه علماء الفلك Gz9p3 مع تلسكوب جيمس ويب الفضائي.
وأوضح بوييت: “يُظهر تصوير JWST للمجرة شكلاً يرتبط عادةً بمجرتين متفاعلتين. ولم ينته الاندماج لأننا ما زلنا نرى مكونين”. “عندما يجتمع جسمان ضخمان بهذا الشكل، فإنهما يتخلصان فعليًا من بعض المادة في هذه العملية. لذا، تشير هذه المادة المهملة إلى أن ما لاحظناه هو أحد أبعد عمليات الاندماج التي تمت رؤيتها على الإطلاق.”
بالإضافة إلى تحديد عمر هذه المجرة القديمة وكتلتها وشكلها، تمكن بوييت وزملاؤه من التعمق أكثر في Gz9p3 لفحص المجموعات النجمية لهذه المجرات المتصادمة. ونظرًا لأن النجوم الشابة أكثر سطوعًا من نظيراتها الأكبر سنًا، فإنها عادة ما تهيمن على صور المجرات، خاصة تلك البعيدة جدًا التي يسافر ضوءها إلى الأرض منذ مليارات السنين.
وتابع بوييت: “على سبيل المثال، فإن مجموعة سكانية شابة لامعة نشأت عن اندماج المجرة، عمرها أقل من بضعة ملايين من السنين، تتفوق على مجموعة سكانية أكبر سنًا يزيد عمرها بالفعل عن 100 مليون سنة”.
لقد عمل تعاون Glass على حل هذه المشكلة من خلال أخذ الملاحظات الطيفية لـ Gz9p3 وكذلك من خلال الاستفادة من التصوير المباشر. يمكن استخدام التحليل الطيفي لتحديد العناصر التي تشكل النجوم؛ ولأن النجوم الصغيرة والنجوم القديمة لها تركيبات مختلفة، فقد سمح ذلك للباحثين بالفصل بين الفئتين في هذه المجرة المبكرة.
لقد شقت النجوم الأقدم طريقها من خلال إمدادات الهيدروجين في قلوبها، بعد أن قامت بالفعل بدمج كل ذلك في الهيليوم ثم دمج هذا الهيليوم لإنشاء عناصر أثقل، والتي يسميها علماء الفلك “المعادن”. وهذا يعني أن النجوم الأقدم هي أكثر ثراءً بالمعادن من النجوم الأحدث سناً، والتي لا يزال يهيمن عليها الهيدروجين وبعض الهيليوم.
استخدم فريق الدراسة تلسكوب جيمس ويب الفضائي للكشف عن عناصر محددة في مجموعة النجوم الأقدم في Gz9p3. وشملت هذه العناصر المستهدفة السيليكون والكربون والحديد، وهذا الأخير هو أثقل عنصر يمكن أن تصنعه النجوم. وهذا يعني أن هذه النجوم، عندما ماتت في انفجارات المستعرات الأعظم، كانت ستغني الكون المبكر بالمعادن. كان من الممكن أن يصبح الكثير من هذا المحتوى المعدني اللبنات الأساسية للجيل القادم من النجوم.
بالإضافة إلى ذلك، اكتشف الفريق أن عدد النجوم القديمة في Gz9p3 كان أكبر بكثير مما كان متوقعًا سابقًا. وهذا يعني أنه في حين أن علماء الفلك كانوا على دراية بهذه الدورة من حياة النجوم وموتها والإثراء المعدني المتزايد للأجيال اللاحقة من النجوم، فإن ملاحظات Gz9p3 تشير إلى أن المجرات ربما أصبحت “ناضجة كيميائيًا” بشكل أسرع مما كان متوقعًا سابقًا.
كتب بوييت: “تقدم هذه الملاحظات دليلاً على تراكم سريع وفعال للنجوم والمعادن في أعقاب الانفجار الكبير مباشرة، ويرتبط ذلك باندماجات المجرات المستمرة، مما يدل على أن المجرات الضخمة التي تحتوي على عدة مليارات من النجوم كانت موجودة في وقت أبكر مما كان متوقعًا”.
تاريخ من العنف
تشكل المجرات المعزولة عن نظيراتها من المجرات نجومًا، لكن العملية بطيئة وتنتهي عندما تستنزف تلك المجرة مخزونها من الغاز والغبار، وهي المواد التي تشكل النجوم.
بالنسبة للمجرات القريبة من بعضها البعض، يمكن تسريع عملية تكوين النجوم وحتى إحيائها بعد أن تتوقف. وذلك لأنه عندما يتم تجميع هذه المجرات معًا بواسطة جاذبية متبادلة، فإنها تتصادم. يؤدي الاندماج بعد ذلك إلى تدفق الغاز الطازج الذي يبدأ فترة من ولادة النجوم السريعة تسمى “الانفجار النجمي”، مما يعني أن الاندماجات توفر طريقة ممتازة للمجرات لزيادة أعدادها النجمية بسرعة.
لقد نمت معظم المجرات الكبيرة في الكون بهذه الطريقة؛ تُظهر مجرتنا، درب التبانة، تاريخًا من عمليات الاندماج نفسها. على سبيل المثال، شاركت في تفكيك المجرات الصغيرة التي كانت تدور حولها ذات يوم. تشكل مجرة درب التبانة حاليًا نجومًا بمعدل متقزم، لكن هذا سيتغير عندما تصطدم بمجرتنا المجاورة، المرأة المسلسلة، بعد حوالي 4.5 مليار سنة. سيؤدي هذا إلى تدفق الغاز الذي يبدأ نوبة جديدة من الانفجار النجمي.
بفضل ملاحظات Gz9p3، حصل علماء الفلك على رسالة مفادها أن هذه القناة لتراكم الكتلة السريعة وولادة النجوم كانت عاملاً أكبر في بداية الكون مما كان متوقعًا.
قصص ذات الصلة:
– يركز تلسكوب جيمس ويب الفضائي على منطقة تشكل النجوم في مجرة المثلث (صور)
– تشمل أهداف تلسكوب جيمس ويب الفضائي خلال العام المقبل الثقوب السوداء، والأقمار الخارجية، والطاقة المظلمة – والمزيد
– ربما يكون تلسكوب جيمس ويب الفضائي قد عثر على بعض النجوم الأولى
وأوضح بوييت: “تظهر ملاحظات Gz9p3 أن المجرات كانت قادرة على تجميع الكتلة بسرعة في الكون المبكر من خلال عمليات الاندماج، مع كفاءة تكوين النجوم أعلى مما توقعنا”. “هذه الملاحظات وغيرها باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي تدفع علماء الفيزياء الفلكية إلى تعديل نماذجهم للسنوات الأولى للكون.
“إن علم الكونيات لدينا ليس بالضرورة خاطئًا، ولكن فهمنا لمدى سرعة تشكل المجرات ربما يكون كذلك، لأنها أكبر حجمًا مما كنا نعتقد أنه ممكن.”
نُشر بحث الفريق في 7 مارس في مجلة Nature Astronomy.