10 مرات أكثر من المستعرات الأعظم في الكون المبكر

ناساس تلسكوب جيمس ويب الفضائي صياد المستعرات الأعظم يتفوق! بسبب حساسيتها الشديدة للأشعة تحت الحمراء، تجد شبكة الإنترنت مستعرات أعظمية بعيدة في كل مكان تقريبًا.

تعتبر شبكة الإنترنت أفضل في تحديد المستعرات الأعظم البعيدة جدًا بسبب ظاهرة تسمى الانزياح الأحمر الكوني، حيث يمتد الضوء المسافر عبر الكون إلى أطوال موجية أطول. يمتد الضوء المرئي من المستعرات الأعظم القديمة إلى مسافة بعيدة في الأشعة تحت الحمراء. تم ضبط أدوات ويب لرؤية ضوء الأشعة تحت الحمراء، مما يجعلها مثالية للعثور على هذه المستعرات الأعظمية البعيدة.

حدد فريق بحثي المستعرات الأعظم على بعد 10 مرات مما كان معروفًا سابقًا باستخدام بيانات من مسح الويب العميق للكون المبكر. هذه الدراسة هي الخطوة الرئيسية الأولى نحو دراسات شاملة للمستعرات الأعظمية القديمة على شبكة الإنترنت.

يستخدم حقل JADES العميق الملاحظات التي التقطها تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا (JWST) كجزء من مشروع JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey). حدد فريق من علماء الفلك الذين يدرسون بيانات JADES حوالي 80 جسمًا (محاطة بدائرة باللون الأخضر) تغير سطوعها بمرور الوقت. معظم هذه الأجسام، التي تسمى بالعابرين، هي نتيجة انفجار النجوم أو المستعرات الأعظم. مصدر الصورة: NASA، ESA، CSA، STScI، تعاون JADES

يفتح تلسكوب ويب الفضائي نافذة جديدة على علم المستعرات الأعظم

يتطلع تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا إلى عمق الفضاء، مما يمنح العلماء أول رؤية تفصيلية للمستعرات الأعظمية منذ أن كان كوننا جزءًا صغيرًا من عمره الحالي. تمكن فريق يستخدم بيانات ويب من تحديد عدد من المستعرات الأعظم بمقدار 10 أضعاف ما كان معروفًا سابقًا في الكون المبكر. وتعد بعض النجوم المنفجرة المكتشفة حديثا أبعد الأمثلة من نوعها، بما في ذلك تلك المستخدمة لقياس معدل توسع الكون.

وقالت كريستا ديكورسي، طالبة الدراسات العليا في السنة الثالثة في مرصد ستيوارت في توكسون وجامعة أريزونا: “الويب هو محرك اكتشاف المستعرات الأعظم”. “إن عدد الاكتشافات والمسافات الكبيرة لهذه المستعرات الأعظمية هما من أكثر النتائج إثارة لمسحنا.”

قدمت DeCourcy النتائج في مؤتمر صحفي في الاجتماع 244 للجمعية الفلكية الأمريكية في ماديسون، ويسكونسن.

حقوق الصورة: ناسا، وكالة الفضاء الأوروبية، وكالة الفضاء الكندية، آن فيلد (STScI)

“آلة اكتشاف المستعر الأعظم”

وللتوصل إلى هذه النتائج، قام الفريق بتحليل بيانات التصوير التي تم الحصول عليها كجزء من مشروع JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). تعتبر شبكة الإنترنت مثالية للعثور على المستعرات الأعظم البعيدة جدًا، لأن ضوءها يمتد إلى أطوال موجية أطول، وهي ظاهرة تُعرف باسم الانزياح الأحمر الكوني. (انظر الصورة أعلاه.)

قبل إطلاق ويب، لم تتم ملاحظة سوى عدد قليل من المستعرات الأعظم فوق انزياح أحمر قدره 2، وهو ما يتوافق مع الوقت الذي كان فيه عمر الكون 3.3 مليار سنة فقط، أي 25% فقط من عمره الحالي. تحتوي عينة JADES على العديد من المستعرات الأعظمية التي انفجرت في الماضي عندما كان عمر الكون أقل من 2 مليار سنة.

في السابق، استخدم الباحثون وكالة ناسا تلسكوب هابل الفضائي لرؤية مستعر أعظم عندما كان الكون لا يزال “شابًا”. باستخدام الطائرات النفاثة، يبحث العلماء عن المستعرات الأعظم عندما كان الكون في مرحلة “المراهقة” أو “ما قبل المراهقة”. وفي المستقبل، يأملون أن ينظروا إلى مرحلة “الطفل الصغير” أو “الطفل” في الكون.

للكشف عن المستعرات الأعظم، قام الفريق بمقارنة عدة صور تم التقاطها بفارق عام والبحث عن الأدلة المفقودة أو المفقودة في تلك الصور. تسمى هذه الأجسام التي تختلف في السطوع المرصود مع مرور الوقت بالعابرين، والمستعرات الأعظمية هي نوع من الكائنات العابرة. في المجمل، اكتشف فريق أخذ العينات التابع لـ JADES Transient Survey حوالي 80 مستعرًا أعظم في منطقة من السماء يبلغ سمكها سمك حبة الأرز فقط.

تُظهر هذه الفسيفساء ثلاثة من حوالي 80 كائنًا عابرًا أو متغير السطوع تم تحديدها في بيانات مشروع JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey). معظم العابرين هم نتيجة انفجار النجوم أو المستعرات الأعظم. ومن خلال مقارنة الصور الملتقطة في عامي 2022 و2023، يستطيع علماء الفلك الكشف، من وجهة نظرنا، عن المستعرات الأعظم التي انفجرت مؤخرًا (مثل الأمثلة الموضحة في العمودين الأولين) أو المستعرات الأعظم التي انفجرت بالفعل وتتلاشى (العمود الثالث).
يمكن تحديد عمر كل مستعر أعظم من خلال انزياحه نحو الأحمر (يُشار إليه بالحرف “z”). ظهر الضوء الصادر من المستعر الأعظم الأبعد، عند انزياح أحمر قدره 3.8، عندما كان عمر الكون 1.7 مليار سنة. إن الانزياح نحو الأحمر بمقدار 2.845 يتوافق مع 2.3 مليار سنة بعد الانفجار الكبير. يُظهر المثال الأقرب الضوء وهو يغادر مجرته عند انزياح أحمر قدره 0.655، قبل حوالي 6 مليارات سنة، عندما كان عمر الكون أكثر من نصف عمره الحالي.
مصدر الصورة: NASA، ESA، CSA، STScI، كريستا ديكورسي (جامعة أريزونا)، تعاون JADES

وقال جوستين بيرل، زميل أينشتاين في ناسا في معهد علوم التلسكوب الفضائي (STScI) في بالتيمور بولاية ماريلاند: “هذا هو نموذجنا الأول لما يبدو عليه الكون ذو الانزياح الأحمر العالي بالنسبة للعلوم القياسية”. المستعرات الأعظمية البعيدة تختلف بشكل أساسي أو تشبه ما نراه في الكون القريب.”

قدم بييرل وغيره من الباحثين في STScI تحليلات متخصصة لتحديد أي العناصر العابرة كانت في الواقع مستعرات أعظم وأيها لم تكن كذلك، غالبًا لأنها كانت متشابهة جدًا.

حدد الفريق العديد من المستعرات الأعظمية ذات الانزياح الأحمر العالي، بما في ذلك المستعر الأعظم البعيد الذي تم تأكيده باستخدام التحليل الطيفي عند انزياح أحمر قدره 3.6. انفجر نجمه الأصلي عندما كان عمر الكون 1.8 مليار سنة فقط. إنه مستعر أعظم ينهار في قلبه، ويُعرف باسم انفجار نجم ضخم.

تظهر هذه الرسوم المتحركة انفجارا قزم ابيضوهي أكثف بقايا نجم غير قادرة على حرق الوقود النووي في قلبها. في هذا المستعر الأعظم من “النوع Ia”، تسرق جاذبية القزم الأبيض المواد من النجم المرافق له القريب. عندما يصل القزم الأبيض إلى 1.4 مرة كتلة الشمس الحالية، فإنه لا يستطيع تحمل وزنه وينفجر. الائتمان: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا

الكشف عن المستعرات الأعظمية البعيدة من النوع Ia

تعتبر المستعرات الأعظم من النوع Ia ذات أهمية خاصة لعلماء الفيزياء الفلكية. (شاهد الفيديو أعلاه.) هذه النجوم المتفجرة مشرقة بشكل متوقع وتستخدم لقياس المسافات الكونية البعيدة وتساعد العلماء على حساب معدل توسع الكون. حدد الفريق مستعرًا أعظم واحدًا على الأقل من النوع Ia عند انزياح أحمر قدره 2.9. بدأ الضوء الناتج عن هذا الانفجار رحلته إلينا منذ 11.5 مليار سنة في الكون قبل 2.3 مليار سنة فقط. الرقم القياسي البعيد السابق للمستعر الأعظم المؤكد طيفيًا من النوع Ia كان انزياحًا أحمر قدره 1.95 عندما كان عمر الكون 3.4 مليار سنة.

يهتم العلماء بتحليل المستعرات الأعظم من النوع Ia عند الانزياحات الحمراء الأعلى لمعرفة ما إذا كانت جميعها تتمتع بنفس السطوع الجوهري بغض النظر عن المسافة. وهذا أمر مهم لأنه إذا كان سطوعها يتغير مع الانزياح نحو الأحمر، فلن تكون علامات موثوقة لقياس معدل توسع الكون.

قام بييريل بتحليل هذا النوع من المستعرات الأعظم Ia عند انزياح أحمر قدره 2.9 لتحديد ما إذا كان سطوعه الجوهري مختلفًا عن المتوقع. على الرغم من أن هذا هو الجسم الأول، إلا أنه لا يوجد دليل على أن لمعان النوع Ia يتغير مع الانزياح نحو الأحمر. هناك حاجة إلى مزيد من البيانات، ولكن في الوقت الحالي، تظل النظريات المستندة إلى المستعرات الأعظم من النوع Ia حول معدل توسع الكون ومصيره النهائي سليمة. كما قدم بيرل النتائج التي توصل إليها في الاجتماع 244 للجمعية الفلكية الأمريكية.

التطلع نحو المستقبل

كان الكون المبكر مكانًا مختلفًا تمامًا مع بيئات قاسية. ويتوقع العلماء رؤية المستعرات الأعظمية القديمة من النجوم التي تحتوي على عناصر كيميائية أقل ثقلاً بكثير من النجوم مثل شمسنا. يمكن أن تساعد مقارنة هذه المستعرات الأعظمية بتلك الموجودة في الكون المحلي علماء الفيزياء الفلكية على فهم آليات تكوين النجوم وانفجار المستعرات الأعظم في هذه الأوقات المبكرة.

وقال ماثيو سيبرت، زميل STScI، الذي قاد التحليل الطيفي لمستعرات جيتس الأعظم: “نحن نفتح نافذة جديدة على الكون غير المستقر”. “تاريخيًا، كلما فعلنا ذلك، وجدنا أشياء مذهلة حقًا – أشياء لم نتوقعها.”

وقال إيتشي إيجامي، عضو فريق جاديس، وهو أستاذ باحث في جامعة أريزونا في توكسون: “نظرًا لأن الويب حساس للغاية، فإنه يجد المستعرات الأعظمية وغيرها من الكائنات العابرة في كل مكان يشير إليه”. “هذه خطوة أولى مهمة نحو دراسات شاملة للمستعرات الأعظمية الساخنة.”

يعد تلسكوب جيمس ويب الفضائي من أهم مختبرات علوم الفضاء في العالم. يحل ويب ألغاز نظامنا الشمسي، وينظر إلى ما هو أبعد من ذلك إلى عوالم بعيدة حول نجوم أخرى، ويستكشف الهياكل والأصول الغامضة لكوننا ومكاننا فيه. WEB هو مشروع دولي يقوده شركاء ناسا، وكالة الفضاء الأوروبية.وكالة الفضاء الأوروبية) وCSA (وكالة الفضاء الكندية).