تكشف شبكة الإنترنت عن عملاقة الكون المبكر

تظهر الصور التفصيلية لإحدى المجرات الأولى أن نمو الكون المبكر كان أسرع بكثير مما كان يعتقد في البداية.

يستمتع علماء الفلك حاليًا بفترة مثمرة من الاكتشافات، حيث يستكشفون العديد من أسرار الكون المبكر.

لقد أدى الإطلاق الناجح لتلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، خليفة تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا، إلى دفع حدود ما يمكننا رؤيته.

تدخل الملاحظات الآن أول 500 مليون سنة منذ الانفجار الكبير، عندما كان الكون أقل من خمسة بالمائة من عمره الحالي. بالنسبة للبشر، هذه المرة من شأنها أن تضع الكون في مرحلة الطفولة.

ومع ذلك، فإن المجرات التي نلاحظها ليست بالتأكيد في مهدها، وتكشف الملاحظات الجديدة أن المجرات أكبر بكثير وأكثر نضجًا مما كان متوقعًا في السابق، مما يساعد على إعادة كتابة فهمنا لتكوين المجرات وتطورها.

قام فريق البحث الدولي لدينا مؤخرًا بإجراء ملاحظات تفصيلية غير مسبوقة لواحدة من أقدم المجرات المعروفة، والتي تسمى Gz9p3، وتم نشرها للتو. علم الفلك الطبيعي.

اسمها يأتي من التعاون الزجاجي (اسم فريق البحث الدولي لدينا) والمجرة لديها انزياح أحمر قدره z=9.3. حيث الانزياح الأحمر هو وسيلة لوصف المسافة إلى جسم ما – ومن هنا G وz9p3.

Gz9p3، ألمع مجرة ​​مندمجة معروفة في أول 500 مليون سنة من عمر الكون (تم رصدها بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي): يُظهر التصوير المباشر نواة مزدوجة داخل المنطقة المركزية. على اليمين: تكشف ملامح مقطع الضوء عن انتفاخ ممدود تشكلته المجرة. الائتمان: ناسا

قبل بضع سنوات، ظهر Gz9p3 كنقطة ضوء تلسكوب هابل الفضائي. ولكن باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي يمكننا ملاحظة هذا الجسم بعد 510 مليون سنة .الانفجار العظيممنذ حوالي 13 مليار سنة.

لقد وجدنا أن Gz9p3، وهو كون شاب يحتوي بالفعل على مليارات النجوم، أكبر بكثير وأكثر نضجًا من المتوقع.

وهو أكبر جسم تم تأكيده منذ ذلك الوقت، وقد تم حسابه ليكون أكبر بعشر مرات من أي مجرة ​​أخرى تم اكتشافها في وقت مبكر من الكون.

تشير هذه النتائج مجتمعة إلى أنه لكي تصل المجرة إلى هذا الحجم، يجب أن تكون النجوم قد نمت بشكل أسرع وأكثر كفاءة مما كنا نعتقد في البداية.

أبعد اتصال مجري في الكون المبكر

ليس هذا Gz9p3 ضخمًا فحسب، بل إن شكله المعقد يحدده على الفور كواحد من أقدم عمليات اندماج المجرات التي تمت ملاحظتها على الإطلاق.

يُظهر تصوير JWST للمجرة شكلاً مورفولوجيًا يرتبط عادةً بمجرتين متفاعلتين. لم يكتمل الاتصال نظرًا لظهور عنصرين آخرين.

عندما يندمج جسمان ضخمان بهذه الطريقة، فإنهما يتخلصان من بعض المادة بشكل فعال في هذه العملية. لذا، هذه المادة المهملة هي واحدة من أبعد الروابط التي رأيناها على الإطلاق.

يستخدم تلسكوب جيمس ويب – أكبر وأقوى أداة تم إطلاقها إلى الفضاء على الإطلاق – مرآة أولية بطول 6.5 متر، مكونة من 18 مرآة سداسية مطلية بالذهب لإنتاج بعض الصور الأولى للكون. حقوق الصورة: ناسا GSFC/CIL/أدريانا مانريكي جوتيريز

بعد ذلك، بحثت دراستنا بشكل أعمق في وصف تجمعات النجوم التي تشكل المجرات المندمجة. باستخدام JWST، تمكنا من الاستكشاف الطيف المجرييقسم المنشور الضوء بنفس الطريقة التي يقسم بها الضوء الأبيض في قوس قزح.

عند استخدام التصوير وحده، فإن معظم الدراسات التي أجريت على هذه الأجسام البعيدة جدًا تظهر نجومًا صغيرة جدًا فقط، لأن النجوم الأصغر سنًا تكون أكثر سطوعًا ويهيمن ضوءها على بيانات التصوير.

على سبيل المثال، فإن عدد السكان الشباب اللامعين الناجم عن الاندماج بين النجوم، والذي يقل عمره عن بضعة ملايين من السنين، يفوق عدد السكان الأكبر سنا، الذين يبلغ عمرهم بالفعل أكثر من 100 مليون سنة.

استخدام تقنية التحليل الطيفي يمكننا تقديم ملاحظات تفصيلية تميز بين المجموعتين.

نماذج جديدة من الكون المبكر

وبالنظر إلى العمر الكافي للنجوم لتتشكل في هذا الوقت الكوني، فمن غير المتوقع أن يصل عدد السكان المتقدمين في السن إلى هذا الحد. إن التحليل الطيفي مفصل للغاية بحيث يمكننا رؤية السمات الدقيقة للنجوم القديمة، والتي هي أقدم بكثير مما قد تعتقد.

تكشف عناصر محددة تم اكتشافها في الطيف (بما في ذلك السيليكون والكربون والحديد) أن هذه المجموعة القديمة يجب أن تكون موجودة لإثراء المجرة بمواد كيميائية وفيرة.

ليس فقط حجم المجرات هو المثير للدهشة، ولكن أيضًا السرعة التي نمت بها إلى حالة ناضجة كيميائيًا.

توفر هذه الملاحظات دليلاً على التكوين السريع والفعال للنجوم والمعادن مباشرة بعد الانفجار الكبير، وهو أمر مرتبط بالاتصالات المجرية الحالية، مما يدل على أن المجرات الضخمة التي تحتوي على مليارات النجوم كانت موجودة في وقت أبكر مما كان متوقعًا.

توفر الملاحظات دليلاً على التكوين السريع والفعال للنجوم والمعادن في أعقاب الانفجار الكبير مباشرة. حقوق الصورة: ناسا، وكالة الفضاء الأوروبية، جينيفر لوتز (STScI)، مات ماونتن (STScI)، أنطون إم. كويكيمور (STScI)، مجموعة HFF (STScI)

المجرات المعزولة تشكل سكانها من النجوم في الموقع ومع ذلك، فهذه طريقة بطيئة لنمو المجرات من خزاناتها الغازية المحدودة.

التفاعلات بين المجرات يمكن أن تتلقى حقنة جديدة من الغاز البدائي، مما يغذي تكوين النجوم السريع، وتوفر عمليات الاندماج قناة أكثر سرعة لتراكم الكتلة والنمو.

جميع المجرات الأكبر في عالمنا الحديث لديها تاريخ من الاندماج، بما في ذلك مجرتنا درب التبانة لقد نمت إلى حجمها الحالي من خلال عمليات الاندماج المتكررة مع المجرات الأصغر.

تُظهِر عمليات رصد Gz9p3 أن المجرات كانت قادرة على تجميع الكتلة بسرعة من خلال عمليات الاندماج في الكون المبكر، مع كفاءة تكوين النجوم أعلى مما توقعنا.

هذه الملاحظات وغيرها باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي دفعت علماء الفيزياء الفلكية إلى تحسين نموذجهم للسنوات الأولى للكون.

إن علم الكون لدينا ليس معصومًا من الخطأ، ولكن فهمنا لمدى سرعة تشكل المجرات قد يكون لأنها أكبر بكثير مما كنا نعتقد.

تأتي هذه النتائج الجديدة في الوقت المناسب حيث نقترب من علامة السنتين للدراسات العلمية التي يتم إجراؤها باستخدام JWST.

مع زيادة العدد الإجمالي للمجرات المرصودة، ينتقل علماء الفلك الذين يدرسون الكون المبكر من مرحلة الاكتشاف إلى الفترة التي تكون فيها العينات كبيرة بما يكفي لبناء نماذج جديدة وتحسينها.

لم يكن هناك وقت أكثر إثارة لفهم أسرار الكون المبكر.

المرجع: “مجرة متفاعلة ضخمة بعد 510 مليون سنة من الانفجار الكبير” بقلم كريستين بوييت، مايكل ترينتي، نيشا ليثوتشفاليت، أنطونيلو كالابرو، بنيامين ميهتا، غيدو روبرتس بورزاني، نيكولو دالماسو، ليلان يانغ، باولا سانتيني، توماسو ترينوس، ألينا هنري. ، شارلوت أ. ماسون، تاكاهيرو موريشيدا، ثيميا ناناياكارا، نامراتا روي، تشين وانغ، أدريانو فونتانا، إميليانو ميرلين، ماركو كاستيلانو، دييغو باريس، ماروشا برادوك، مات مالجان، دانيلو مارشيسيني، سارة مالاسيانت، سارة مالاسيانت، إيروس فانزيلا، وبينيديتا فولكاني، 7 مارس , 2024, علم الفلك الطبيعي.
دوى: 10.1038/s41550-024-02218-7

قاد الدراسة البروفيسور مايكل ترينتي وبنجامين ميهتا والدكتور كيت بوييت. نيكولو دالماسو وأيضا جامعة ملبورن و مركز ARC للتميز لجميع فيزياء السماء الفلكية في 3 أبعاد (ASTRO 3D). تم تشكيل فريق بحث دولي 27 مؤلفًا من 19 مؤسسة في أستراليا وتايلاند وإيطاليا والولايات المتحدة الأمريكية واليابان والدنمارك والصين.