“هذه هي الطريقة التي تحل بها مشكلة تحطم الكون”

عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.

ربما يكون علماء الفلك قد “أنقذوا علم الكونيات” من خلال جمع أكبر عينة حتى الآن من بعض أقدم المجرات التي شوهدت على الإطلاق، والتي تسمى “النقاط الحمراء الصغيرة” التي رصدها تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST).

وجد الفريق الذي يقف وراء هذا البحث أن غالبية المجرات القديمة في عينتهم – والتي كانت موجودة قبل 1.5 مليار سنة بعد الانفجار الكبير – يبدو أنها تستضيف ثقوبًا سوداء فائقة الكتلة تتغذى بسرعة أو “تتراكم”.

يجب أن يضع البحث حدًا للادعاءات القائلة بأن تلسكوب جيمس ويب الفضائي قد “حطم علم الكونيات” باكتشافه لمجرات مبكرة مشرقة بشكل صادم يبدو أنها تحتوي على نجوم أكثر مما كان متوقعًا في وقت مبكر جدًا من تاريخ الكون. بدلًا من ذلك، يشير هذا المسح الجديد إلى أن الكثير من الضوء المنبعث من هذه النقاط الحمراء الصغيرة يأتي من الظروف المضطربة الناتجة عن احتفال العمالقة الكونيين في قلوبهم.

“نحن في حيرة من أمرنا إزاء هذه المجموعة الجديدة من الأجسام التي اكتشفها تلسكوب جيمس ويب الفضائي. ولا نرى مثيلاتها عند الانزياحات الحمراء المنخفضة [corresponding to smaller distances]وقال قائد الفريق ديل كوسيفسكي من كلية كولبي في بيان: “هذا هو السبب في أننا لم نرهم قبل تلسكوب جيمس ويب الفضائي”.

“هناك قدر كبير من العمل الذي يتم إنجازه لمحاولة تحديد طبيعة هذه النقاط الحمراء الصغيرة وما إذا كان ضوءها يهيمن عليه تراكم الثقوب السوداء.”

رؤية اللون الأحمر مع JWST

عند اكتشافهم في عام 2022، عرف علماء الفلك بالفعل أن النقاط الحمراء الصغيرة في تلسكوب جيمس ويب الفضائي تمثل نوعًا جديدًا من المجرات لم يسبق له مثيل من قبل. لقد كانوا في حيرة أيضًا من مدى شيوع هذه المجرات في الكون المبكر.

يتألف الفريق من عينة كبيرة من المجرات ذات “النقطة الحمراء الصغيرة” باستخدام بيانات من مسوحات JWST CEERS (علم الإصدار المبكر للتطور الكوني)، وJADES (مسح JWST المتقدم العميق خارج المجرة)، وNGDEEP (الجيل القادم من الاستكشاف العميق خارج المجرات)، و الياقوت (المجهول الأحمر: مسح خارج المجرة بالأشعة تحت الحمراء الساطعة).

كانت البيانات الواردة من مشروع RUBIES المسمى على نحو مناسب ذات أهمية خاصة لهذا البحث الصغير عن النقاط الحمراء.

وكشف هذا للفريق أن ما يقرب من 70% من عينات المجرات الخاصة بهم أظهرت دليلاً على دوران الغاز بسرعة 2 مليون ميل في الساعة (1000 كيلومتر في الثانية). وهذه علامة واضحة على وجود سحابة مسطحة من الغاز والغبار تسمى القرص التراكمي الذي يغذي ثقبًا أسود هائلًا في منطقة المجرة المركزية المعروفة باسم نواة المجرة النشطة (AGN).

تدين المجرات ذات النقطة الحمراء الصغيرة ببعض ألوانها إلى ظاهرة تسمى “الانزياح الأحمر”. عندما ينتقل الضوء من مجرة ​​نحو الأرض، يؤدي توسع الكون إلى تمديد طول موجته، مما يؤدي في الوقت نفسه إلى انخفاض تردده.

يؤدي هذا إلى تحويل الضوء نحو “النهاية الحمراء” للطيف الكهرومغناطيسي. كلما زاد انتقال الضوء، زاد تأثير الانزياح نحو الأحمر. وهكذا، توصف المجرات القديمة بأنها “مجرات ذات انزياح أحمر عالي”.

بعد السفر لعدة مليارات من السنين، يتحول الضوء إلى الأطوال الموجية القريبة من الأشعة تحت الحمراء أو الأشعة تحت الحمراء، وهي الأطوال الموجية التي صمم تلسكوب جيمس ويب الفضائي لرؤيتها.

وقال ستيفن فينكلستين عضو الفريق والباحث في جامعة تكساس في أوستن: “الشيء الأكثر إثارة بالنسبة لي هو توزيعات الانزياح نحو الأحمر. هذه المصادر الحمراء ذات الانزياح العالي للأحمر تتوقف بشكل أساسي عن الوجود عند نقطة معينة بعد الانفجار الكبير”. “إذا كانت الثقوب السوداء تنمو، ونعتقد أن 70٪ منها على الأقل كذلك، فإن هذا يشير إلى عصر نمو الثقوب السوداء الغامض في الكون المبكر”.

علم الكونيات جيد بفضل تغذية الثقوب السوداء الهائلة

ربما تكون قد قرأت عناوين تشير إلى أن “علم الكونيات معطل” منذ أن بدأ تلسكوب جيمس ويب الفضائي في اكتشاف هذه النقاط الحمراء الصغيرة القديمة.

وذلك لأن العلماء كانوا في حيرة من أمرهم حول كيفية نمو المجرات المبكرة لتحتوي على مجموعات نجمية كبيرة بما يكفي لضخ الكثير من الضوء عندما كان عمر الكون البالغ 13.8 مليار عام لا يزيد عن 12٪ من عمره الحالي. وهذا الاكتشاف يمكن أن يساعد في تفسير هذا اللغز.

تعتبر النوى المجرية النشطة ساطعة للغاية بسبب الاضطراب الناتج في الأقراص المتراكمة بسبب تأثير الجاذبية المذهل للثقوب السوداء فائقة الكتلة التي تعادل كتلتها ملايين أو مليارات الشموس.

وبالتالي، فإن الكثير من الضوء الصادر عن هذه المجرات يمكن أن يأتي من تغذية النوى المجرية النشطة التي تعمل بالثقوب السوداء، وليس من النجوم. وهذا يعني أن عدد النجوم في المجرات الحمراء الصغيرة لا يجب أن يكون مرتفعًا بشكل مذهل لتفسير سطوعها.

وقال أنتوني تايلور، عضو الفريق والعالم بجامعة تكساس في أوستن: “هذه هي الطريقة التي تحل بها مشكلة تحطيم الكون”.

لكن هذا لا يعني أن جميع الأسئلة المتعلقة بالنقاط الحمراء الصغيرة قد تمت معالجتها. أحد الألغاز التي لا تزال قائمة هو عدم وجود مجرات ذات انزياح أحمر أقل تشبه هذه النقاط الحمراء الصغيرة في الكون المحلي.

قد يكون أحد التفسيرات المحتملة هو نمو المجرات “من الداخل إلى الخارج”.

ينتشر تشكل النجوم داخل المجرة من قلبها إلى أطرافها. وهذا يعني أنه مع تقدم المجرة في العمر، فإن موت النجوم من المستعرات الأعظم يؤدي إلى ترسيب غاز أقل وأقل في المنطقة المجاورة للثقب الأسود الهائل المتراكم المركزي. وهذا يعني أنه مع مرور الوقت، تصبح النوى المجرية النشطة أقل حجبًا بسبب الغاز والغبار الكثيف المحيط بها. عندما يتخلص الثقب الأسود من شرنقته، دافعًا المادة بعيدًا بنفثات البلازما القوية التي يطلقها، تصبح المجرة أكثر سطوعًا في الأطوال الموجية الأكثر زرقة والأطوال الموجية الأقل احمرارًا، وبالتالي تفقد مكانتها كنقطة حمراء صغيرة.

كما تدعم فكرة حجب النوى المجرية النشطة كسبب للنقاط الحمراء الصغيرة حقيقة أن هذه المجرات القديمة خافتة في ضوء الأشعة السينية عالي الطاقة. وهذا ليس هو الحال مع تغذية الثقوب السوداء الهائلة القريبة من درب التبانة والتي تكون مشرقة في الأشعة السينية.

قد يكون هذا بسبب قدرة السحب الكثيفة من الغاز والغبار على امتصاص الأشعة السينية، مما يعيق انبعاث هذا الضوء عالي الطاقة. وبالتالي، فإن عدم وجود الأشعة السينية الصادرة عن النقاط الحمراء الصغيرة يمكن أن يشير إلى وجود ثقوب سوداء ذات أغطية كثيفة.

قصص ذات صلة:

– اكتشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي واحدًا من أقدم المستعرات الأعظم “الضخمة حقًا” التي شوهدت على الإطلاق

– يرصد تلسكوب جيمس ويب الفضائي مجموعة قياسية من النجوم في مجرة ​​بعيدة

— يمكن للثقوب السوداء أن تسحق تشكل النجوم، حسبما اكتشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي

سيتبع الفريق الآن العديد من السبل لفهم المجرات الصغيرة ذات النقطة الحمراء بشكل أفضل. وسيشمل ذلك فحص عينتهم من المجرات في ضوء الأشعة تحت الحمراء المتوسطة.

إن نظرة أعمق للنقاط الحمراء الصغيرة وملاحظات المتابعة المختارة بعناية يمكن أن تساعد أخيرًا في حل لغز هذه المجرات القديمة الصعبة.

وقال كوسيفسكي: “هناك دائمًا طريقتان محتملتان أو أكثر لشرح الخصائص المربكة للنقاط الحمراء الصغيرة”. “إنه تبادل مستمر بين النماذج والملاحظات، وإيجاد توازن بين ما يتوافق بشكل جيد بين الاثنين وما يتعارض”.

تم تقديم نتائج الفريق في الاجتماع 245 للجمعية الفلكية الأمريكية في ناشيونال هاربور بولاية ماريلاند، يوم الثلاثاء (15 يناير) وتم قبولها للنشر في مجلة الفيزياء الفلكية.