اكتشافات فلكية جديدة: كيف تشكلت المجرات العملاقة بعد 1.4 مليار سنة فقط من الانفجار العظيم؟

عالمي - وكالة أنباء إخباري

اكتشافات فلكية جديدة: كيف تشكلت المجرات العملاقة بعد 1.4 مليار سنة فقط من الانفجار العظيم؟

منذ أن أجرى تلسكوب هابل الفضائي العريق دراساته العميقة للكون المبكر، اكتشف شيئًا لا يزال يحير الفلكيين حتى يومنا هذا: عندما كان عمر الكون بضعة مليارات من السنين فقط، كان مليئًا بالفعل بالعديد من المجرات الكبيرة. ازداد هذا اللغز عمقًا مع نشر تلسكوب جيمس ويب الفضائي، الذي رصد وفرة من المجرات الساطعة التي كانت موجودة في وقت أبكر بكثير. بالنسبة لعلماء الفلك، أثار هذا تساؤلاً حول كيفية وجود مثل هذه المجرات الهائلة والمتطورة بعد وقت قصير من الانفجار العظيم.

لمعالجة هذا اللغز، استخدم فريق من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي (MPIfR) بيانات من مصفوفة أتاكاما الكبيرة المليمترية وشبه المليمترية (ALMA) لمراقبة مركز SPT2349-56. تم رصد هذا التجمع الأولي الهائل للغاية من المجرات بواسطة تجربة أتاكاما باثفايندر (APEX) بعد 1.4 مليار سنة فقط من الانفجار العظيم. هناك، لاحظوا أربع مجرات تتفاعل بشكل وثيق، كانت تشكل نجوماً جديدة بمعدل هائل. تشير نتائجهم إلى أن المجرات الإهليلجية العملاقة ربما تكونت من خلال الانهيار السريع لتجمعات المجرات الوليدة.

قاد الفريق وراء هذا الاكتشاف نيكولاوس سولزيناوور، باحث دكتوراه في معهد ماكس بلانك وجامعة بون. وانضم إليه فريق دولي من جامعات ومعاهد حول العالم، بما في ذلك هيرزبيرغ لعلم الفلك والفيزياء الفلكية، ومركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية، ومركز فلاتيرون للفيزياء الفلكية الحاسوبية، ومعهد إنريكو فيرمي، والمرصد الأوروبي الجنوبي (ESO)، ومختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا، والعديد من الجامعات. وقد ظهرت دراستهم، بعنوان "نواة ضخمة لتجمع مجرات عند انزياح أحمر 4.3"، في مجلة Nature المرموقة.

وفقًا للتفكير التقليدي، توقع علماء الفلك العثور على نجوم ومجرات شابة فقط بمستويات عالية من تشكل النجوم في وقت مبكر جدًا من الكون. بدلاً من ذلك، لاحظوا العديد من المجرات الإهليلجية ذات التجمعات النجمية الأقدم وقليل من تشكل النجوم الجديد. تشير النماذج الكونية المقبولة على نطاق واسع إلى أنه لم يكن هناك وقت كافٍ لتشكل المجرات الإهليلجية الضخمة. أوضح نيكولاوس سولزيناوور، الباحث الدكتوراه والمؤلف الرئيسي للدراسة، في بيان صحفي صادر عن معهد ماكس بلانك:

"في كون تنمو فيه المجرات الأكبر هرميًا من خلال التفاعلات الجاذبية واندماجات الكتل البنائية الأصغر، يجب أن تكون بعض المجرات الإهليلجية العملاقة قد تشكلت بشكل مختلف تمامًا عما كان يعتقد سابقًا. بدلاً من تجميع الكتلة ببطء على مدار 14 مليار سنة، قد تظهر مجرة إهليلجية ضخمة بسرعة في بضع مئات من ملايين السنين فقط."

"يمكن أن تتشكل من خلال انهيار وتوحيد بنية أولية رئيسية، في الوقت الذي تستغرقه الشمس للدوران حول مركز مجرة درب التبانة مرة واحدة. نجد أن الهياكل ذات الكثافات الأعلى يجب أن تكون قد انفصلت أولاً عن توسع الكون عند 10% فقط من العمر الكوني الحالي، ثم تجمعت بسرعة لتشكل تجمعات أولية كاملة."

يقدم SPT2349-56 لعلماء الفلك لمحة نادرة عن أقدم تجمعات المجرات، حيث يحمل الرقم القياسي لأعلى معدل لتشكل النجوم في الكون المبكر. باستخدام ALMA، لاحظ الفريق الغاز البارد والغبار في مركز التجمع الأولي، وهي المادة التي تتشكل منها النجوم الجديدة. هناك، لاحظوا أربع مجرات تتفاعل بشدة وهي تقذف أذرعًا مدية عملاقة من سحب الغاز المتأين بسرعات تبلغ حوالي 300 كم/ثانية (186 ميل/ثانية)، وتمتد على مساحة أكبر بكثير من درب التبانة. في الطول الموجي تحت المليمتر، تعزز سطوع هذه الأذرع عشرة أضعاف بفعل موجات التسخين الصادمة التي أثارت ذرات الكربون المتأينة في السحب.

ما أثار دهشتهم هو ملاحظة تشكل نجوم جديدة بمعدل نجم واحد كل 40 دقيقة، في حين يستغرق الأمر عامًا كاملاً لتشكل عدد قليل من النجوم الجديدة في درب التبانة اليوم. كما أشار سولزيناوور:

"سمح لنا هذا الانبعاث الساطع بقياس حركة الغاز بدقة في هذا الحلزون الذي قذفته الجاذبية، والذي يشبه الخرز على خيط يحيط بنواة التجمع الأولي. وما أثار دهشتنا، أن كتلًا من الحطام المدي ترتبط بسلسلة من 20 مجرة إضافية متصادمة في الأجزاء الخارجية من البنية المنهارة."

"يشير هذا إلى أصل مشترك. للمرة الأولى، نشهد بداية تحول اندماجي متسلسل. ستدمر معظم المجرات الأربعين الغنية بالغاز في هذه النواة وستتحول في النهاية إلى مجرة إهليلجية عملاقة في أقل من 300 مليون سنة – مجرد طرفة عين كونية."

تم دعم الفريق من خلال محاكاة عددية مفصلة أجراها طالبان جامعيان من جامعة كولومبيا البريطانية. تطابقت هذه المحاكاة مع ملاحظات ALMA مع الدراسات السابقة لتجمعات المجرات الأقدم، مما يشير إلى أن الاندماجات الكبيرة المتزامنة حدثت عبر التاريخ الكوني. قد تساعد نتائجهم أيضًا في تفسير كيفية تسخين ونقل العناصر الأثقل، مثل الكربون (أحد اللبنات الأساسية للكيمياء العضوية والحياة)، عبر تجمعات المجرات المبكرة. قال سكوت تشابمان، باحث من جامعة دالهاوسي ومؤلف رئيسي للدراسة:

"بينما تقدم نتائجنا رؤى جديدة ومثيرة حول التجمع السريع للمجرات الإهليلجية، فإن التفاعلات المختلفة بين صدمات الاندماج، وتسخين الغاز من نمو الثقوب السوداء فائقة الكتلة، وتأثيرها على وقود تشكل النجوم، تظل ألغازًا كبيرة. قد يكون من السابق لأوانه الادعاء بفهم كامل لـ 'الطفولة المبكرة' للمجرات الإهليلجية العملاقة، لكننا قطعنا شوطًا طويلاً في ربط الحطام المدي في التجمعات الأولية بعملية تشكل المجرات الضخمة الموجودة في تجمعات المجرات اليوم."

وكالة أنباء إخباري