إحدى الوظائف الرئيسية لتلسكوب جيمس ويب الفضائي هي العثور على المجرات الأقدم، وتوسيع مجرتنا
هذه الأنظمة النجمية بعيدة جدًامن كل الأشياء التي لوحظت سابقًا في الكون. يكتب العلماء عن المجرات ذات الانزياح الأحمر من 12 إلى 17. لكن هناك ذبابة في هذا الاحتفال بالنصر العلمي: يعتقد بعض الباحثين أن عمر الأشياء يمكن أن يتشوه وأن النتائج تتطلب التحقق الدقيق.
أي مجرة هي الأبعد؟
قبل إطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي فيلفترة طويلة ، كانت المجرة الأكثر بعدًا هي GN-z11. تم اكتشافه في عام 2016 باستخدام تلسكوب هابل. وهي أصغر بنحو 25 مرة من درب التبانة وتشكل حوالي 1٪ من كتلتها. في الوقت نفسه ، استمر تشكيل النجوم فيه بنشاط أكثر 20 مرة.
يقع GN-z11 في كوكبة الدب الأكبر،ويقدر علماء الفيزياء الفلكية الانزياح نحو الأحمر بـ 11.1. وهذا يعني أننا نراها كما كانت قبل 13.4 مليار سنة، أي بعد 400 سنة فقط من الانفجار الكبير. مع توسع الكون باستمرار، تتحرك المجرات في الفضاء بعيدًا عن بعضها البعض. ولذلك فإن المسافة المناسبة لـ GN-z11 هي حوالي 32 مليار سنة ضوئية.
حتى قبل إطلاق التلسكوب الجديد في ربيع عام 2022أعلن علماء الفيزياء الفلكية عن اكتشاف مرشح أكثر بعدًا ، HD1. تم اكتشافه باستخدام تلسكوب سوبارو الفضائي والملاحظات من المراصد الأرضية. وفقًا للتحليل الطيفي ، فإن انزياحها الأحمر هو 13.27 ، وهو ما يعادل مسافة 13.5 مليار سنة ضوئية. والمجرة نفسها الآن على بعد 33.4 مليار سنة ضوئية من الأرض.
بعد أسبوع فقط من نشر البيانات الأولىفي تلسكوب جيمس ويب ، أعلن باحثون في مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية عن اكتشاف مجرة GLASS-z13 ، التي انزياحها نحو الأحمر مؤقتًا عند 13. هذا بعد حوالي 300 مليون سنة من الانفجار العظيم. بعد أسبوع ، تم تلقي رسالة حول مجرة ذات انزياح أحمر يبلغ 14 وحتى 16.7. إذا كان هذا صحيحًا ، فإننا نرى هذه المجرات كما كانت موجودة بعد حوالي 200 مليون سنة من الانفجار العظيم.
صحيح أن كل هذه النتائج أولية: حتى الآن لم يتم تأكيد أي من قيم الانزياح الأحمر هذه. لتحديد المسافات إلى هذه المجرات ، سيكون التحليل الطيفي مطلوبًا.
المجرة GN-z11 كما يراها تلسكوب هابل الفضائي.الصورة: ناسا ، وكالة الفضاء الأوروبية ، بي أوش (جامعة ييل) ، جي برامر (STScI) ، ب.فان دوكوم (جامعة ييل) ، و جي إيلينجورث (جامعة كاليفورنيا ، سانتا كروز)
كيف وجدت المجرات الجديدة؟
استخدم العلماء في عملهم طرقًا مختلفة.على سبيل المثال ، استخدم علماء الفيزياء الفلكية في جامعة ميسوري-كولومبيا تأثير عدسة الجاذبية الناتج عن العنقود المجري الضخم SMACS J0723. يشوه الجسم الهائل حركة الضوء ، ويكبر الأجسام البعيدة ، تمامًا مثل عدسة التلسكوب البصري العادية. باستخدام هذه الطريقة ، وجد العلماء 88 مجرة مرشحة لها انزياح أحمر على الأقل 11. قد يكون لبعضها ، وفقًا للباحثين ، انزياح أحمر يصل إلى 20.
قام علماء آخرون بتحليل صور مختلفةمناطق السماء حيث لم يتم استخدام تأثير عدسة الجاذبية. هذه الصور هي جزء من دراسة علم الإطلاق المبكر للتطور الكوني (CEERS) ، والتي تتكون من صور لعشر مناطق مختلفة من السماء التقطتها كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRCam) الخاصة بالتلسكوب.
لتأكيد العمر الحقيقي للبعدتتطلب الكائنات تحليلًا طيفيًا ، والذي يقسم الضوء من الكائن إلى طيف. للقيام بذلك ، سيستخدم العلماء مطياف الأشعة تحت الحمراء القريب من تلسكوب جيمس ويب (NIRSpec) بالإضافة إلى أداة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة للتلسكوب الفضائي (MIRI).
تأثير عدسة الجاذبية في صورة الكتلة SMACS J0723. الصورة: NASA و ESA و CSA و STScI
ما هو الانزياح الأحمر؟
في دراسة الكون المبكر ، الرئيسيالمؤشر الذي يستخدمه العلماء هو الانزياح الأحمر. يساعد على فهم مدى سرعة تحرك الجسم بعيدًا عنا. تمامًا كما تبدو إشارة القاطرة البخارية أو السفينة منخفضة أثناء ابتعادها عن المراقب ، تتغير أيضًا موجة الضوء من جسم متراجع.
الكون يتوسع باستمرار، وهو ما يعنيالمجرات البعيدة تبتعد عن الأرض. عند الانزياح نحو الأحمر، يؤدي الإشعاع الكهرومغناطيسي الصادر عن جسم متراجع إلى زيادة طول موجته. وهذا يعني أن كافة تفاصيل الطيف تتحول نحو المنطقة الحمراء.
كلما ابتعدت المجرة، كلما رأيناها مبكرًاكلما تمدد نوره بسبب تمدد الكون. ونتيجة لذلك، يظهر لنا الضوء الأزرق والأشعة فوق البنفسجية الصادر عن النجوم الشابة الساخنة بالأشعة تحت الحمراء بعد 13.5 مليار سنة.
تم تجهيز تلسكوب جيمس ويب بأدوات حساسة تكتشف الإشعاع في أجزاء مختلفة من نطاق الأشعة تحت الحمراء وهذا هو السبب في أنها تستطيع التقاط إشعاع الكون المبكر.
التحول الأحمر والأزرق. الصورة: أليش توشوفسكي، CC BY-SA 3.0، عبر ويكيميديا كومنز
لماذا يمكن أن تكون النتائج الأولى خاطئة؟
تستند الدراسات الأولية علىملاحظات فردية وقد تكون غير دقيقة. على سبيل المثال ، يمكن لمجرات تشكل النجوم المغبرة والتي كانت موجودة منذ مليارات السنين بعد الانفجار العظيم أن تتنكر في شكل مجرات بعيدة تحطم الرقم القياسي. وإلى جانب ذلك ، فإن الضوء المنبعث من المجرات يمكن أن يتشوه بأشياء أخرى.
على سبيل المثال ، بناءً على كيفية استخدام اللون الأحمرتظهر مجرة CEERS-DSFG-1 على صور تلسكوب جيمس ويب ، وقد حدد علماء الفلك الانزياح الأحمر من 17 إلى 18. وهذا يعني أننا نراها بعد 220 مليون سنة من الانفجار العظيم. ومع ذلك ، استخدم علماء الفلك اليابانيون تلسكوب NOEMA الذي يبلغ طوله دون المليمتر للعثور على نفس المجرة وإظهار أنها تحتوي على كمية هائلة من الغبار.
يمتص الغبار أطوال موجات أقصر وأكثر زرقةضوء النجوم ، والسماح بدخول أطول وأكثر احمرارًا. هذا يعني أنه عند ملاحظتها بصريًا من الأرض ، ستظهر مثل هذه المجرة أكثر احمرارًا. بعد تعديل نتائج الرصد لمراعاة تأثير الغبار ، أظهر العلماء أن الانزياح الأحمر الحقيقي هو حوالي 5 فقط. وهذا يعني أن المجرة يمكن رؤيتها بعد 1.3 مليار سنة من الانفجار العظيم.
المجرة CEERS-DSFG-1 في صورة التلسكوب"جيمس ويب" مع ملاحظات NOEMA متراكبة فوقها كخطوط كفافية. على اليمين ، كيف يبدو المرشح عند عرضه من خلال مرشحات مختلفة: لا يظهر في المرشحات ذات الطول الموجي الأقصر ، ولكنه يصبح أكثر وضوحًا في المرشحات ذات اللون الأحمر. الصورة: J. Zavala et al.
توصل الباحثون إلى نتائج مماثلةدراسة المجرة المرشحة CEERS-1749. أطلقوا على اكتشافهم مجرة شرودنغر. الشيء هو أن الانزياح الأحمر بالنسبة لها يمكن أن يساوي إما 5 أو 17. إذا كنا نتحدث عن مجرة منفصلة بعيدة ، فهذه واحدة من أكثر الأنظمة المماثلة المعروفة بعدًا ، وإذا كانت جزءًا من مجموعة ، فإننا نتحدث مرة أخرى عن مليار سنة بعد الانفجار العظيم. كل شيء سيتضح بعد البحث الجديد.
بغض النظر عما إذا تم تأكيدهاالسجلات المعلنة ، ستقدم الاكتشافات الجديدة مساهمة كبيرة في فهم عمليات تطور الكون المبكر. حتى المجرات البعيدة "القريبة" ذات الانزياح الأحمر نحو 5 تفتح بيانات جديدة.
الغبار بين النجوم هو منتج ثانوي للدورةولادة وموت النجوم. للتأثير على الانزياح نحو الأحمر ، يجب أن يكون هناك الكثير من هذا الغبار. وهذا يعني أن تكون النجوم المكثفة للغاية يجب أن تحدث في مثل هذه المجرات. في السابق ، لم يكن العلماء يعرفون عن مثل هذه العمليات.
سيساعد عدد كبير من المجرات البعيدة من فترات مختلفة من حياة الكون على فهم كيفية تشكل وتطور الأنظمة النجمية الأولى.
قراءة المزيد:
أرسل "جيمس ويب" صورة لاصطدام مجرتين ضخمتين
ستوفر البكتيريا "عديمة الفائدة" على الأرض الحياة لمستعمري المريخ
على الهرم في الصين وجدت صورة "ملك الأجداد". لقد حكم منذ أكثر من 4000 عام