الفضاء والكون

تشير الدراسة إلى أن المجرات في الكون المبكر كانت على شكل الموز


كيف تبدو المجرة حديثة الولادة؟

لفترة طويلة، افترض العديد من علماء الفيزياء الفلكية وعلماء الكون أن المجرات حديثة الولادة ستبدو مثل الأجرام السماوية والأقراص العنكبوتية المألوفة في الكون الحديث.

ولكن وفقا لتحليل الصور الجديدة من تلسكوب جيمس ويب الفضائي، فإن المجرات الصغيرة لم تكن بيضا ولا أقراصا. لقد كانوا موزاً. أو المخللات، أو السيجار، أو ألواح ركوب الأمواج – اختر التشبيه الخاص بك. هذا هو الاستنتاج المبدئي الذي توصل إليه فريق من علماء الفلك الذين أعادوا فحص صور حوالي 4000 مجرة ​​حديثة النشأة لاحظها ويب في فجر التاريخ.

وقال فيراج بانديا، زميل ما بعد الدكتوراه في جامعة كولومبيا، في إشارة إلى تلسكوب هابل الفضائي: “هذه نتيجة مفاجئة وغير متوقعة، على الرغم من وجود تلميحات لها بالفعل باستخدام هابل”. وهو المؤلف الرئيسي لورقة بحثية ستُنشر قريبًا في مجلة الفيزياء الفلكية تحت عنوان مثير بعنوان “المجرات تسير في الموز”. ومن المقرر أن يلقي الدكتور بانديا محاضرة عن عمله يوم الأربعاء في اجتماع للجمعية الفلكية الأمريكية في نيو أورليانز.

إذا صحت النتيجة، يقول علماء الفلك إنها يمكن أن تغير بشكل عميق فهمهم لكيفية ظهور المجرات ونموها. ويمكن أن يقدم أيضًا نظرة ثاقبة للطبيعة الغامضة للمادة المظلمة، وهي شكل غير معروف وغير مرئي من المادة التي يقول علماء الفلك إنها تشكل جزءًا كبيرًا من الكون وتفوق المادة الذرية بنسبة 5 إلى 1. وتبتلع المادة المظلمة المجرات وتوفر حضانات الجاذبية التي تعمل فيها. تنشأ مجرات جديدة.

وقال جويل بريماك، عالم الفلك في جامعة كاليفورنيا، سانتا كروز، ومؤلف الورقة الجديدة، إن النتيجة تعتمد على تلميحات من الملاحظات السابقة من تلسكوب هابل بأن المجرات الأولى كانت على شكل مخللات.

وفي رسالة بالبريد الإلكتروني، وصف آلان دريسلر من مراصد كارنيجي، والذي لم يكن جزءًا من عمل الدكتور بانديا، النتيجة بأنها “مهمة – أعتقد أنها مهمة – مهمة للغاية، إذا كانت صحيحة”.

وأضاف: “لدي بعض الشكوك حول هذه النتيجة، نظرا لمدى صعوبة إجراء مثل هذا القياس”. “خاصة بالنسبة للمجرات البعيدة والصغيرة وغير الساطعة جدًا (أنا أتحدث عن المجرات).”

قام فريق الدكتور بانديا بتحليل صور المجرات في رقعة من السماء أصغر من البدر المعروف باسم Extended Groth Strip، والتي تم مسحها بواسطة العديد من التلسكوبات الأخرى بما في ذلك تلسكوب هابل. تم الحصول على الصور من خلال تعاون دولي يسمى مسح علوم الإصدار المبكر للتطور الكوني، أو CEERS.

ويخطط الفريق لتوسيع نطاق ملاحظاته لتشمل مناطق أخرى مدروسة جيدًا في الكون. وكتب الدكتور بانديا في رسالة بالبريد الإلكتروني: “سيسمح لنا هذا بتحديد المجرات ذات الأشكال ثلاثية الأبعاد المختلفة في جميع أنحاء السماء” وتسهيل عمليات المراقبة الطيفية التي تشتد الحاجة إليها.

المجرات هي دول المدن في الكون. ويوجد داخل الكون المرئي ما يقدر بنحو تريليوني منها، يحتوي كل منها على ما يصل إلى تريليون نجم. لكن الكون المرئي ليس سوى جزء صغير مما هو موجود هناك. يبدو أن معظم المادة الموجودة في الكون موجودة في شكل مادة مظلمة؛ مهما كانت المادة المظلمة، فهي تشكل العظام غير المرئية للكون الذي نراه.

ويعتقد علماء الفلك الآن أن المجرات نشأت نتيجة لتقلبات عشوائية في كثافة المادة والطاقة خلال الانفجار الكبير. مع توسع الفضاء، تخلفت المناطق الأكثر كثافة وتجمعت المادة المظلمة، وسحبت معها المادة العادية. وفي نهاية المطاف، عادت هذه المواد معًا وأضاءت كنجوم ومجرات أو اختفت في الثقوب السوداء. تم تصميم تلسكوب ويب للتحقيق في هذا العصر التكويني والغامض. باستخدام مرآة عملاقة وأجهزة استشعار تعمل بالأشعة تحت الحمراء، يمكنه رؤية المجرات الأبعد، وبالتالي الأقدم.

قام الدكتور بانديا ومعاونوه بالتحقيق في الأشكال ثلاثية الأبعاد للمجرات من خلال التحليل الإحصائي لإسقاطاتها ثنائية الأبعاد في السماء. إذا كانت هذه المجرات المبكرة عبارة عن كرات أو أقراص موجهة بشكل عشوائي في الفضاء، فيجب أن تظهر أحيانًا وجوهها الكاملة، بحيث تظهر مستديرة ودائرية، أمام التلسكوبات.

لكن علماء الفلك لا يرون الكثير من ذلك. وبدلاً من ذلك يرون الكثير من السيجار والموز.

قال الدكتور بانديا: “إنها تبدو خطية للغاية باستمرار، حيث تظهر بعض المجرات كتلًا لامعة متعددة مرتبة مثل اللؤلؤ على قلادة”.

مثل هذه المجرات المستطيلة نادرة اليوم، لكنها تشكل ما يصل إلى 80% من المجرات في عينة CEERS، والتي يعود تاريخها إلى حوالي 500 مليون سنة بعد الانفجار الكبير.

قال الدكتور بانديا: «إن كتلتها تجعلها أسلاف مجرات مثل درب التبانة، مما يعني أن مجرتنا ربما تكون قد مرت بمرحلة مورفولوجية مماثلة للسيجار/لوح التزلج في الماضي».

يبدو أن المجرات في الكون الحديث تأتي في شكلين أساسيين: سحب دائرية عديمة الملامح تسمى المجرات الإهليلجية، وأقراص عنكبوتية مسطحة مثل مجرتنا درب التبانة.

من الواضح أن الأطفال حديثي الولادة الأوائل لم يبدأوا بهذه الطريقة. ويشتبه علماء الفلك في أن السبب يتعلق بخصائص المادة المظلمة، ولكن من غير الواضح ما هو السبب بالضبط أو كيف.

تقول النظرية الرائدة أن المادة المظلمة تتكون من سحب من الجسيمات دون الذرية الغريبة التي خلفتها الانفجار الكبير. والمادة العادية، التي تنجذب بفعل الجاذبية إلى هذه السحب، سوف تتكثف وتضيء لتشكل نجومًا ومجرات، وفقًا للمحاكاة الحاسوبية.

في البديل الشائع المسمى بالمادة المظلمة الباردة، ستكون هذه الجسيمات المتبقية ثقيلة وبطيئة مقارنة بالبروتونات والنيوترونات وغيرها من الكائنات المألوفة في العالم الذري الكمي. وفقا لعمليات المحاكاة الحاسوبية، فإن المادة المظلمة الباردة سوف تتجمع بسهولة لتشكل الأنماط واسعة النطاق التي يراها علماء الفلك في السماء.

إن تحديد هذه الجسيمات الثقيلة والبطيئة من شأنه أن يهز عالم فيزياء الجسيمات وعلم الكونيات. ولكن حتى الآن، فشلت التجارب التي أجريت في مختبرات مثل مصادم الهادرونات الكبير في CERN في اكتشاف أو إنتاج أي جسيمات من المادة المظلمة الباردة. في الآونة الأخيرة، تحول الاهتمام إلى أشكال أخرى مقترحة من المادة المظلمة، بما في ذلك معرض كامل – “قطاع مظلم” – من الجسيمات “المظلمة” التي تتفاعل مع بعضها البعض بشكل غير مرئي من خلال قوى “مظلمة”.

يوجد في هذا المزيج محاور عصبية، وهي من الناحية النظرية خفيفة للغاية وتتصرف مثل الأمواج أكثر من كونها جسيمات – “المادة المظلمة الغامضة” أو “المادة المظلمة المتموجة” باللغة العامية. وفي المحاكاة الحاسوبية لتكوين المجرات، يمكن لمثل هذه الموجات أن تتداخل مع بعضها البعض، منتجة هياكل خيطية عقدية بدلا من الأشكال المستديرة التي تنبأت بها المادة المظلمة الباردة.

قال الدكتور بانديا: «نعم، إن الارتباط بالمادة المظلمة أمر محير»، مضيفًا أن الشيطان يكمن في التفاصيل الفوضوية لـ «فيزياء المعدة»، التي تصف كيفية تفاعل الاضطراب والغاز الساخن والمجالات المغناطيسية لإضاءة النجوم والمجرات.

جيريميا أوستريكر، أستاذ الفيزياء الفلكية الفخري في جامعة برينستون والمنتسب الآن إلى جامعة كولومبيا، حول في السنوات الأخيرة اهتمامه إلى المادة المظلمة الغامضة. في عام 1973، تصور الدكتور أوستريكر فكرة المادة المظلمة مع زميله في برينستون جيمس بيبلز.

وقد أشار هو وآخرون إلى أن المادة المظلمة الغامضة ستترك بصمتها الخاصة على أحجام وأشكال المجرات الناشئة. وبسبب تموجاتها المتأصلة، فإن المحاور لن تتجمع بنفس فعالية المادة المظلمة الباردة، لذلك سيكون من الصعب عليها إنتاج مجرات وليدة تقل كتلتها عن مليار كتلة شمسية. المادة المظلمة الباردة ليس لها مثل هذا القيد. ومع ذلك، فإن التلسكوبات الحالية بعيدة كل البعد عن الحساسية الكافية لمراقبة هؤلاء الأطفال؛ قد تكون هناك حاجة إلى جيل جديد من الأدوات الأكبر حجمًا لإنهاء المهمة.

عندما علم الدكتور أوستريكر بعمل الدكتور بانديا، لاحظ أن احتمالات المادة المظلمة الغامضة تبدو أفضل وأفضل. “ثابر على العمل الجيد.” هو قال.



المصدر

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى