تلسكوب جيمس ويب قد عثر على بعض النجوم الأولى في الكون

[عبدالله أسحاق]

قام تلسكوب جيمس ويب الفضائي بتكبير المجرة GN-z11، التي كانت موجودة بعد 430 مليون سنة فقط من الانفجار الكبير، للكشف عما قد يكون من أقدم النجوم في الكون. تم العثور على GN-z11 في كوكبة الدب الأكبر، في منطقة من السماء تتم دراستها بواسطة مشروع المسح العميق لأصول المراصد الكبرى (GOODS). (مصدر الصورة: NASA/ESA/CSA/STScI/Brant Robertson (UC Santa Cruz)/Ben Johnson (CfA)/Sandro Tacchella (Cambridge)/Marcia Rieke (جامعة أريزونا)/Daniel Eisenstein (CfA))

ربما يكون تلسكوب جيمس ويب قد عثر على بعض النجوم الأولى في الكون

ظهرت أدلة على وجود الجيل الأول من النجوم في الكون، وذلك بفضل الملاحظات التي أجراها تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST). يقع الدليل في واحدة من أبعد المجرات المعروفة.

تم اكتشاف المجرة، المسماة GN-z11، بواسطة تلسكوب هابل الفضائي في عام 2015، وقبل إطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي، كانت تعتبر أبعد مجرة معروفة. مع انزياح نحو الأحمر قدره 10.6، فمن المنطقي التحدث عن منذ متى كان موجودًا، بدلاً من الحديث عن مدى بعده. هذا لأننا نرى GN-z11 كما كان بعد 430 مليون سنة فقط من الانفجار الكبير، بسبب الوقت الذي استغرقه ضوءه للانتقال إلى ركننا من الكون. وللمقارنة، يبلغ عمر الكون اليوم 13.8 مليار سنة.

على هذا النحو، كان GN-z11 هدفًا رئيسيًا للدراسة بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي. الآن، تصف ورقتان بحثيتان جديدتان اكتشافات عميقة حول GN-z11 والتي تكشف تفاصيل حيوية حول كيفية نمو المجرات التي كانت موجودة في الكون المبكر.

GN-z11 هي المجرة الأكثر سطوعًا المعروفة في هذا الانزياح الأحمر المحدد، وبالفعل أصبح هذا موضوعًا شائعًا للمجرات ذات الانزياح الأحمر العالي التي يتم العثور عليها الآن بشكل منتظم تقريبًا في الكون المبكر بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي. يبدو الكثير منها أكثر سطوعًا مما تتوقعه نماذجنا الخاصة بتكوين المجرات. وتستند هذه التنبؤات على النموذج القياسي لعلم الكونيات.

الآن، يبدو أن الملاحظات الجديدة التي أجراها تلسكوب جيمس ويب الفضائي قد سلطت الضوء على ما يجري.

قام فريق فلكي بقيادة روبرتو مايولينو من جامعة كامبريدج بفحص GN-z11 باستخدام أداتي تلسكوب جيمس ويب الفضائي القريبين من الأشعة تحت الحمراء، كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRCam) ومطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRSpec). اكتشف الباحثون أدلة على الجيل الأول من النجوم، والتي تسمى نجوم السكان III، بالإضافة إلى وجود ثقب أسود هائل يلتهم كميات هائلة من المادة وينمو بمعدل متسارع إلى حد كبير.

يمكن للعلماء حساب عمر النجم بناءً على وفرة العناصر الثقيلة فيه، والتي تكونت من قبل الأجيال السابقة من النجوم التي عاشت وماتت، وقذفت تلك العناصر الثقيلة إلى الفضاء حيث يتم إعادة تدويرها في النهاية في مناطق تشكل النجوم لتكوين نجوم جديدة. الأجسام النجمية. يُشار إلى النجوم الأصغر سنًا التي تشكلت خلال الخمسة أو الستة مليارات سنة الماضية باسم نجوم المجموعة الأولى، ولديها أعلى وفرة من العناصر الثقيلة. شمسنا هي مجموعة سكانيةأولى. تحتوي النجوم الأقدم على عدد أقل من العناصر الثقيلة لأنه كان هناك عدد أقل من أجيال النجوم التي سبقتها. نطلق على هذه النجوم اسم المجموعة الثانية، وهي تعيش في أقدم مناطق مجرتنا درب التبانة.

ومع ذلك، فإن نجوم المجموعة الثالثة كانت افتراضية بحتة حتى الآن.

طيف كتلة غاز الهيليوم البكر الذي قدم دليلاً على النجوم الأولى. (حقوق الصورة: NASA/ESA/CSA/Ralf Crawford (STScI))

من المفترض أن تكون هذه النجوم هي أولى النجوم التي تتشكل، ونظرًا لعدم وجود نجوم أخرى قبلها، فإنها لم تكن تحتوي على عناصر ثقيلة وكانت مصنوعة فقط من الهيدروجين والهيليوم النقيين اللذين تشكلا خلال الانفجار الكبير. يُعتقد أيضًا أن هذه النجوم الأولى كانت مضيئة للغاية، حيث تساوي كتلتها عدة مئات من الشموس على الأقل.

على الرغم من أن علماء الفلك لم يروا بعد نجوم المجموعة III بشكل مباشر، إلا أن فريق مايولينو اكتشف أدلة غير مباشرة لهم في GN-z11. لاحظت NIRSpec وجود كتلة من الهيليوم المتأين بالقرب من حافة GN-z11.

وقال مايولينو في بيان: "حقيقة أننا لا نرى أي شيء آخر غير الهيليوم تشير إلى أن هذه الكتلة يجب أن تكون نقية إلى حد ما". "هذا شيء كان متوقعًا من خلال النظرية وعمليات المحاكاة في محيط المجرات الضخمة بشكل خاص من هذه العصور - حيث يجب أن تكون هناك جيوب من الغاز البكر باقية في الهالة، وقد تنهار هذه الجيوب وتشكل نجوم المجموعة الثالثة."

يتم تأين غاز الهيليوم هذا بواسطة شيء ينتج كميات هائلة من الضوء فوق البنفسجي، ويُستدل على هذا الشيء باسم نجوم السكان III. من المحتمل أن يكون الهيليوم الذي شهدناه عبارة عن مادة متبقية من تكوين تلك النجوم. وتتطلب كمية الضوء فوق البنفسجي اللازمة لتأين كل هذا الغاز حوالي 600 ألف كتلة شمسية من النجوم في المجمل، مشرقة بضياء مجتمعة 20 تريليون مرة أكثر سطوعًا من شمسنا. تشير هذه الأرقام إلى أن المجرات البعيدة مثل GN-z11 كانت أكثر مهارة في تكوين النجوم الضخمة من المجرات الموجودة في الكون الحديث.

وفي الوقت نفسه، وفقًا لمجموعة ثانية من النتائج، وجد فريق مايولينو أيضًا دليلاً على وجود كتلة شمسية تبلغ مليوني كتلة شمسية.

الثقب الأسود في قلب GN-z11.

اكتشف الفريق أيضًا جليدًا قويًا من الإشعاع يتدفق من القرص المتراكم للمادة التي تدور حول الثقب الأسود، بالإضافة إلى العناصر الكيميائية المتأينة التي توجد عادةً بالقرب من الثقوب السوداء المتراكمة. ويقول الفريق إنه أبعد ثقب أسود هائل تم اكتشافه حتى الآن، وتؤدي شهيته الشرهة إلى أن يصبح قرصه المتراكم كثيفًا وساخنًا، ويسطع بشكل ساطع. ويعتقد الباحثون أن هذا، جنبًا إلى جنب مع نجوم المجموعة III، هو ما يجعل GN-z11 يلمع بشكل مشرق للغاية، دون كسر علم الكونيات القياسي كما ادعى البعض قبل الأوان.

تم قبول الدراسة حول كتلة الهيليوم المتأينة ونجوم السكان III للنشر في مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية، ويمكن العثور على نسخة أولية هنا. وفي الوقت نفسه، نُشرت الدراسة الخاصة بملاحظات NIRCam للثقب الأسود في 17 يناير في مجلة Nature.