تم اكتشاف أبعد كربون على الإطلاق بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) في مجرة نراها كما كانت موجودة بعد 350 مليون سنة فقط من الانفجار الكبير.
يعد هذا الاكتشاف ملحوظًا لأنه ليس فقط أقدم كربون معروف، بل إنها المرة الأولى التي يتم فيها التأكد من وجود عنصر أثقل من الهيدروجين أو الهيليوم – وهو ما يسميه علماء الفلك “المعادن” – في وقت مبكر جدًا. كون.
“أشارت الأبحاث السابقة إلى أن الكربون بدأ يتشكل بكميات كبيرة في وقت متأخر نسبيًا – بعد حوالي مليار سنة من العصر الجليدي الانفجار العظيموقال روبرتو مايولينو، من معهد كافلي لعلم الفلك بجامعة كامبريدج في إنجلترا، في تقرير له: إفادة. “لكننا وجدنا أن الكربون تشكل قبل ذلك بكثير، وربما يكون أقدم معدن على الإطلاق.”
متعلق ب: ما هي نظرية الانفجار الكبير؟
وُلد الهيدروجين والهيليوم الموجودان في الكون في فرن الانفجار الكبير، ولكن باستثناء جزء صغير إضافي من الليثيوم، كان على كل عنصر آخر الانتظار حتى يأتي من النجوم. الاندماج النووي التفاعلات داخل تلك النجوم تخلق الكربون والأكسجين والنيتروجين وما إلى ذلك، في حين أن الطاقة الخام الناتجة عن انفجار المستعر الأعظم يمكن أن تخلق العديد من العناصر الأخرى، حتى الأثقل، كما يمكن اندماج النجوم النيوترونية.
العديد من هذه العناصر، وخاصة الكربون، ضرورية لتشكيل الكواكب والحياة كما نعرفها، ولكن الأمر استغرق عدة أجيال من النجوم حتى يتراكم ما يكفي من الكربون والمعادن الأخرى بحيث يمكن اكتشافها على مثل هذه المسافات الكبيرة وتكون مفيدة في الكيمياء الكونية. .
ومع ذلك، JWSTالكشف عن الكربون في galaxy GS-z12 – الموجود في أ الانزياح الأحمر 12.5، أي ما يعادل 13.4 مليار سنة من الزمن، مما يشير إلى أن النجوم عاشت بسرعة خلال السنوات التكوينية للكون. لا بد أن أجيال عديدة قد جاءت وذهبت في تتابع سريع من أجل تكوين كميات يمكن اكتشافها من الكربون في مثل هذا الوقت القصير. (حدث الانفجار الكبير منذ حوالي 13.8 مليار سنة).
وقال مايولينو: “لقد فوجئنا برؤية الكربون في وقت مبكر جدًا من الكون، حيث كان يُعتقد أن النجوم الأولى أنتجت كمية من الأكسجين أكثر بكثير من الكربون”. “كنا نعتقد أن الكربون تم تخصيبه في وقت لاحق من ذلك بكثير، من خلال عمليات مختلفة تماما، ولكن حقيقة ظهوره في وقت مبكر جدا تخبرنا أن أول النجوم ربما عملت بشكل مختلف تمامًا.”
GS-z12 هي مجرة مدمجة ومنخفضة الكتلة مقارنة بمجرتنا درب التبانة ولكنها ضخمة نسبيًا بالنسبة للإطار الزمني المبكر الذي نجده فيه، وهو العصر الذي كان مأهولًا به مجرات صغيرة ولكنها سريعة النمو.
وقال فرانشيسكو ديوجينيو من معهد كافلي، الذي قاد البحث: “إنها مجرد جنين لمجرة عندما نلاحظها، لكنها يمكن أن تتطور إلى شيء كبير جدًا، بحجم درب التبانة”.
من المحتمل أن يؤدي اكتشاف الكربون في وقت مبكر جدًا إلى تغيير ما نعرفه عن مسار الكيمياء الكونية. يعد الكربون مكونًا أساسيًا في حبيبات الغبار الكوني، التي تتجمع معًا لتكوين أجسام أكبر. الكويكباتوالكواكب، وأخيراً الكواكب نفسها. في الواقع، يُعتقد أن الأرض تم تجميعها في الغالب من أجسام كربونية. يعد الكربون أيضًا عنصرًا حيويًا في الحياة كما نعرفها.
قال ديوجينيو: “النجوم الأولى هي الكأس المقدسة للتطور الكيميائي”. “لأنها مصنوعة فقط من العناصر البدائية [i.e hydrogen and helium exclusively]إنهم يتصرفون بشكل مختلف تمامًا عن النجوم المعاصرين. ومن خلال دراسة كيف ومتى تشكلت المعادن الأولى داخل النجوم، يمكننا تحديد إطار زمني للخطوات الأولى على المسار الذي أدى إلى تكوين الحياة”.
كما عثر مقياس طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRSpec) التابع لـ JWST، والذي اكتشف الكربون، على إشارات للأكسجين والنيون في GS-z12، ولكن هناك حاجة إلى مزيد من البيانات لتأكيد وجود هذه العناصر.
قصص ذات الصلة:
– تلسكوب جيمس ويب الفضائي يتجسس على “نجم فاشل” يحطم الأرقام القياسية ولا ينبغي أن يكون موجودًا (فيديو)
– تلسكوب جيمس ويب الفضائي يرصد أبعد مجرة على الإطلاق (صورة)
– يرصد تلسكوب جيمس ويب الفضائي ثلاثًا من أقدم المجرات في الكون
في حين تم التأكد من أن الكربون الموجود في GS-z12 هو أقدم معدن، إلا أن المجرة قد لا تحمل الرقم القياسي لفترة طويلة جدًا. لقد وجد علماء الفلك الذين يستخدمون تلسكوب جيمس ويب الفضائي ما يبدو أنه أعلى مجرة انزياح نحو الأحمر تم اكتشافها حتى الآن، عند انزياح أحمر قدره 14.2، مما يضعه بعد 290 مليون سنة فقط من الانفجار الكبير. لقد تم الكشف عن خط امتصاص الأكسجين في طيفه، لكن هذا الاكتشاف لا يزال بحاجة إلى المصادقة عليه من خلال مراجعة النظراء. وبمجرد نشره في إحدى المجلات، سيصبح هذا أول مثال لعنصر أثقل من الهيدروجين أو الهيليوم.
وفي كلتا الحالتين، يُظهر الاكتشاف الجديد أنه يمكن إنتاج العناصر بكميات كبيرة في الكون المبكر، وأن النجوم في ذلك الوقت عاشت وماتت بشكل أسرع مما توقعه علماء الفلك.
علاوة على ذلك، فإن وجود الكربون والأكسجين في الكون المبكر يعني أن علماء الفلك وعلماء الأحياء الفلكية ربما يمكنهم البدء في الحديث عن وجود الكواكب وربما الحياة في وقت مبكر من الكون أيضًا.
سيتم نشر اكتشاف الكربون في GS-z12 في العدد المستقبلي من مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية، ولكن معاينة الورقة متاحة هنا.