أكد علماء الفلك اكتشاف ثاني أبعد مجرة ​​منا

والنجوم الموجودة فيه قديمة بالفعل

في الصورة الكبيرة على اليسار ، تظهر مجرات المجموعة الكبيرة MACS J1149 + 2223 بشكل رئيسي. زادت العدسة الجاذبية للكتلة العملاقة الضوء من المجرة المكتشفة حديثًا MACS 1149-JD حوالي 15 مرة. يظهر الجزء العلوي الأيمن بمزيد من التفاصيل الجزء المكبر من الصورة ، بل وأكثر من ذلك يتم تكبيره في الجزء السفلي الأيمن.

نظرنا إلى الفضاء بقدر ما تسمح لنا أفضل مقاريبنا ، لكننا لم نر بعد أماكن لا توجد فيها النجوم والمجرات. هناك فجوة كبيرة بين المجرة الأولى التي وجدناها ، GN-z11 ، التي كانت موجودة عندما كان عمر الكون 400 مليون سنة فقط ، والإضاءة المتبقية للانفجار الكبير ، التي تم الحفاظ عليها منذ أن كان عمر الكون 380،000 سنة. يجب أن يكون هناك بعض النجوم الأولى بينهما ، ولكن ليس لدينا طريقة للنظر مباشرة إلى هذه المسافة. وحتى يكون لدينا تلسكوب لهم. جيمس ويب ، لا يمكننا العمل إلا بأدلة غير مباشرة.


من خلال دراسة جزء كبير من الكون بشكل متزايد ، ننظر إلى أبعد من ذلك إلى الفضاء ، وبالتالي إلى الوراء في الماضي. سيتيح لنا تلسكوب جيمس ويب الوصول مباشرة إلى الأعماق التي لا تستطيع المعدات الحالية اختراقها

ولكن في مجال الأدلة غير المباشرة ، تلقينا الكثير من التعزيزات. أكد العلماء للتو اكتشاف المجرة الثانية النائية ، MACS1149-JD1 ، التي جاء ضوءها إلينا منذ أن كان عمر الكون 530 مليون سنة ، أو 4 ٪ من عمره الحالي. يشار إلى أننا استطعنا اكتشاف الأكسجين فيه ، وهذه هي المرة الأولى التي يتم فيها العثور على مثل هذا العنصر الثقيل في مثل هذا الماضي البعيد. بناءً على ملاحظاتنا ، يمكننا أن نستنتج أن عمر هذه المجرة لا يقل عن 250 مليون سنة - وهذا يدفع الدليل على وجود النجوم الأولى إلى أبعد من ذلك.


رسم تخطيطي لتاريخ الكون ، يشير إلى إعادة التأين. قبل تكوين النجوم أو المجرات ، كان الكون مليئًا بالذرات المحايدة التي تمنع الضوء. لم يخضع معظم الكون لإعادة التأين حتى 550 مليون سنة ، لكن العديد من المناطق كانت أكثر حظًا وأعيد تأيينها قبل ذلك بكثير.

استنادًا إلى تركيبة الكون: 68٪ طاقة مظلمة و 27٪ مادة مظلمة و 4.9٪ مادة عادية و 0.1٪ نيوترينوات و ≈ 0.01٪ إشعاع ، يمكننا محاكاة كيف ومتى يجب أن تتكون النجوم فيه و المجرات. نظرًا لأننا نستطيع قياس الخصائص الأولية في عمر 380.000 عام مباشرةً ، فنحن بحاجة فقط إلى مراعاة قوانين الفيزياء وبدء التطور إلى الأمام في الوقت المناسب. تُظهر أفضل محاكاة لدينا تاريخًا رائعًا لظهور الشبكة الكونية ، والتي يؤدي ذروتها إلى ظهور المجرات وعناقيدها ، مفصولة بفراغات كونية ضخمة في الكون الآخذ في التوسع مع التسارع.



إذا كانت قوانين الفيزياء هي ما نعتبرها كذلك ، فيمكننا أن نتوقع فترة - القرون المظلمة - عندما تسحب الجاذبية المادة إلى مناطق عالية الكثافة ، لكنها لم تنهار بعد ، ولم تنضغط بما يكفي لتشكيل النجوم. يمكن أن تتكون النجوم الأولى من 50 إلى 200 مليون سنة ، وبعد ذلك سيظهر عدد كبير جدًا من النجوم في وقت قصير جدًا. اندمجت أصغر مجموعات النجوم في مجموعات أكبر ، ونتيجة لذلك ، في المجرات الأولية - اللبنات الأساسية للمجرات التي نراها اليوم. ونتيجة لذلك ، بعد حوالي 550 مليون سنة من الانفجار العظيم ، تشكلت نجوم كافية لمسح الكون من ذرات حجب الضوء المحايد ، ويمكننا رؤية كل هذا باستخدام تلسكوب بصري قوي بما فيه الكفاية.


فكرة الفنان عن الكون المبكر بعد أن تكونت تريليونات النجوم الأولى وعاشت وماتت. إن وجود ودورة حياة النجوم هي العملية الرئيسية التي تثري الكون بعناصر خارج الهيدروجين والهيليوم ، والإشعاع المنبعث من النجوم الأولى يجعله شفافًا للضوء المرئي. لا يمكننا بعد مراقبة عدد النجوم الأولى بشكل مباشر

ولكن متى أضاءت هذه النجوم الأولى؟ ما هي خصائصهم ، وكيف تختلف عن اليوم؟ ما مدى سرعة احتراقها عندما تكونت النجوم الأولى مع الكواكب الصخرية والمكونات المحتملة للحياة؟ هل هناك منطقة مفضلة في الفضاء لمثل هذه العمليات؟

حتى الآن ، يمكننا أن ننظر إلى الوراء لما يصل إلى 400 مليون سنة بعد الانفجار العظيم ، باستخدام أفضل ملاحظات وكالة ناسا ، والعثور على المجرات الصغيرة المتقدمة بالفعل. في الآونة الأخيرة ، تمكنا من قياس علامة معينة بشكل غير مباشر للنجوم التي تشكلت في وقت سابق: عندما كان الكون من 180 إلى 260 مليون سنة. اعتقدنا أنه سيتعين علينا انتظار إطلاق تلسكوب James Webb لتأكيد هذه القياسات.


الفشل الكبير في الرسم البياني هو نتيجة مباشرة لدراسة حديثة أجراها بومان وزملاؤه ، والتي تظهر إشارة خط الهيدروجين 21 سم ، الذي تم تسجيله عندما كان الكون من 180 إلى 260 مليون سنة. هذا يتوافق مع ظهور الموجة الأولى من النجوم والمجرات في الكون. بناءً على هذا الدليل ، يجب أن تُعزى بداية "الفجر الكوني" إلى الانزياح الأحمر ≈ 22.

لكن دراسة جديدة في 16 مايو 2018 ، نشرت في Nature ، قد تحتوي على الأدلة اللازمة على أن النجوم كانت موجودة بالفعل في تلك الأيام المبكرة. هناك العديد من المرشحين ، المجرات البعيدة للغاية - بألوان الأشعة تحت الحمراء أو حتى الأشعة تحت الحمراء ، يتحدثون عن بعدهم الشديد. ولكن قبل التأكد من هذه المسافات ، هناك احتمال أن تكون هذه مجرد علامات شبه . هذا الأسبوع ، تبين أن أحد المرشحين لأقرب المجرات هو شبه كواغ ؛ يحدث هذا في كثير من الأحيان ويؤكد أننا بحاجة إلى تأكيد.


مجموعة المجرات MACS J1149.5 + 223 ذات الحجم المثير للإعجاب ، والتي ظل ضوءها مستمرًا لمدة 5 مليارات سنة ، كان هدف أحد برامج حقول هابل الحدودية (الحقول الحدودية). يخضع هذا الجسم الضخم لعدسة الجاذبية لضوء الأشياء الموجودة خلفه ، ويمتد ويكبرها ، ويسمح لنا برؤية المزيد من الضواحي البعيدة.

لكن المجرة MACS1149-JD1 تبين أنها بعيدة جدًا كما اعتقدنا ، وأصبحت ثاني أكثر المجرات شهرة من بعيد. ولم نجد فيه فقط مكونات النجوم الأولى ، الهيدروجين والهيليوم. كان هناك أكسجين ، وعلى الرغم من أن هذا هو ثالث أكثر العناصر وفرة في الكون ، إلا أنه لم يظهر في الانفجار الكبير ، ولكن فقط بعد حياة وموت الجيل الأول من النجوم.


بقايا سوبرنوفا (يسار) وسدم كوكبية (يمين) طريقتان للنجوم لمعالجة العناصر الثقيلة المحترقة المقذوفة في الفضاء بين النجوم وتوليد الجيل القادم من النجوم والكوكب. كان يجب أن تظهر النجوم النقية الأولى قبل أن تلوث السوبرنوفا أو السدم الكوكبية أو اندماج النجوم النيوترونية الفضاء النجمي بعناصر ثقيلة. إن الكشف عن الأكسجين في مثل هذه المجرة البعيدة للغاية وسطوعها يخبرنا أن عمرها مئات الملايين من السنين.

تمت ملاحظة العلامات التي لا لبس فيها لوجود الأكسجين والسطوع الملاحظ للمجرة ، بالإضافة إلى علامات الهيدروجين التي ساعدت على تحديد المسافة إليها بدقة ، بفضل مجموعة من أربعة مراصد بعيدة: ALMA و ESO VLT و Hubble و Spitzer . يشير السطوع إلى أن النجوم في المجرة تتشكل منذ فترة طويلة ، حيث يستغرق الأمر وقتًا لتطوير النجوم للوصول إلى المستوى المرصود. هذا يسمح لنا برسم صورة للفجر الكوني لهذه المجرة ، بما يتوافق مع ما نعرفه: ظهرت النجوم الأولى التي شكلت هذه المجرة بعد 250 مليون سنة من الانفجار العظيم.


إن تاريخ الفضاء بأكمله معروف جيدًا من الناحية النظرية ، ولكنه نوعي فقط. فقط من خلال تأكيد واكتشاف المراحل المختلفة من ماضي كوننا بمساعدة الملاحظات ، على سبيل المثال ، تكوين النجوم والمجرات الأولى ، يمكننا حقًا فهم الكون. يضع الانفجار الكبير حدًا أساسيًا على المدى الذي يمكننا رؤيته في أي اتجاه.

هذه خطوة أخرى إلى الأعماق الكونية غير المعروفة حتى الآن. لم نشهد من قبل مثل هذه المجرة البعيدة مع عدد نجمي مؤكد من النجوم البالغة. وفقًا لريتشارد إليس ، مؤلف مشارك في الدراسة:

تحديد وقت بداية فجر الفضاء هو الكأس المقدسة لعلم الكونيات وتشكيل المجرات. في حالة MACS1149-JD1 ، تمكنا من فحص القصة بما يتجاوز ما يمكننا رؤيته بالمعدات الحالية. تم استعادة التفاؤل بأننا نقترب أكثر فأكثر من الملاحظة المباشرة لأصل ضوء النجوم. نظرًا لأننا جميعًا يتكونون من مواد نجمي معاد تدويرها ، فإننا نتحدث عن إيجاد مصادرنا الحقيقية.


كانت النجوم والمجرات الأولى للكون محاطة بذرات محايدة ، بشكل رئيسي غاز الهيدروجين ، تمتص ضوء النجوم. لا يمكننا حتى الآن ملاحظة هذه النجوم الأولى بشكل مباشر ، ولكن يمكننا ملاحظة ما يحدث بعد فترة معينة من التطور الكوني ، مما يسمح لنا بافتراض وجود عدد كبير من النجوم.

لأول مرة ، يمكننا أن نفترض بنجاح أن المجرات كانت موجودة قبل مئات الملايين من السنين مما يمكننا رؤيته مباشرة. نحن أقرب من أي وقت مضى إلى إجابة للسؤال عن متى ظهرت النجوم والمجرات الأولى من ظلام الكون المبكر. وعندما سيتم إطلاق تلسكوب جيمس ويب في عام 2020 ، سنعرف بالضبط ما يمكن توقعه عند البحث عن إجابات لواحد من أعظم الأسئلة حول الفضاء.