أحد الأسئلة الأساسية في علم الفلك هو: كيف تكونت النجوم والمجرات الأولى؟ يقدم تلسكوب جيمس ويب الفضائي جيمس ويب التابع لناسا بالفعل معلومات جديدة حول هذا السؤال. يعد JWST Advanced Deep Extragalactic Survey أو JADES أحد أكبر البرامج في السنة العلمية الأولى لـ Webb ، والذي سيخصص حوالي 32 يومًا من وقت التلسكوب لاكتشاف وتمييز المجرات البعيدة الباهتة. مع استمرار البيانات في الظهور ، اكتشف JADES بالفعل مئات المجرات التي كانت موجودة عندما كان عمر الكون أقل من 600 مليون سنة. حدد الفريق أيضًا المجرات البراقة لمجموعة من النجوم الشابة الساخنة.
تم الإبلاغ عن هذه النتائج إلى الاجتماع 242 للجمعية الفلكية الأمريكية في البوكيرك ، نيو مكسيكو.
“مع JADES ، نريد الإجابة على العديد من الأسئلة ، مثل: كيف اجتمعت المجرات الأولى معًا؟ ما مدى سرعة تشكل النجوم؟ لماذا تتوقف بعض المجرات عن تشكيل النجوم؟” قالت مارسيا ريكي من جامعة أريزونا في توكسون ، المشاركة -مدير برنامج JADES.
مصانع النجوم
أجرى رايان إندسلي من جامعة تكساس في أوستن مسحًا للمجرات التي كانت موجودة بعد 500 إلى 850 مليون سنة من الانفجار العظيم. كانت هذه فترة حاسمة عُرفت باسم عصر إعادة التأين. لمئات الملايين من السنين بعد الانفجار العظيم ، امتلأ الكون بضباب غازي جعله معتمًا للضوء النشط. بعد مليار سنة من الانفجار العظيم ، تلاشى الضباب وأصبح الكون شفافًا ، وهي عملية تُعرف باسم إعادة التأين. تساءل العلماء عما إذا كانت الثقوب السوداء النشطة أو المجرات المليئة بالنجوم الشابة الساخنة هي السبب الرئيسي لإعادة التأين.
كجزء من برنامج JADES ، درس إندسلي وزملاؤه هذه المجرات باستخدام أداة Webb’s Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) للبحث عن بصمات تشكل النجوم ووجدوها بكثرة. قال إندسلي: “تُظهر كل المجرات التي وجدناها تقريبًا هذه الإشارات القوية بشكل غير معتاد لخطوط الانبعاث التي تدل على تكوين نجم حديث مكثف. كانت هذه المجرات المبكرة جيدة جدًا في تكوين نجوم حارة ضخمة”.
تضخ هذه النجوم الضخمة الساطعة سيولًا من الضوء فوق البنفسجي ، والتي حولت الغاز المحيط من معتم إلى شفاف عن طريق تأيين الذرات ، وتجريد الإلكترونات من نواتها. نظرًا لأن هذه المجرات المبكرة كانت تحتوي على مثل هذا العدد الكبير من النجوم الساخنة الضخمة ، فقد تكون المحرك الرئيسي لعملية إعادة التأين. ينتج عن الاتحاد اللاحق للإلكترونات والنواة خطوط انبعاث قوية بشكل واضح.
وجد إندسلي وزملاؤه أيضًا دليلاً على أن هذه المجرات الفتية مرت بفترات من تكوين النجوم السريع تتخللها فترات هدوء تكوّن فيها عدد أقل من النجوم. قد تكون هذه الهزات قد حدثت عندما استولت المجرات على كتل من المواد الخام الغازية اللازمة لتشكيل النجوم. بدلاً من ذلك ، عندما تنفجر النجوم الضخمة بسرعة ، فإنها قد تضخ الطاقة بشكل دوري في الوسط المحيط ، مما يمنع الغاز من التكثف لتكوين نجوم جديدة.
كشف الكون البدائي
عنصر آخر في برنامج JADES يتضمن البحث عن أقدم المجرات التي كانت موجودة عندما كان عمر الكون أقل من 400 مليون سنة. من خلال دراسة هذه المجرات ، يمكن لعلماء الفلك استكشاف كيف كان تكوين النجوم في السنوات الأولى بعد الانفجار العظيم مختلفًا عما نشاهده اليوم. يمتد الضوء القادم من المجرات البعيدة إلى أطوال موجية أطول وألوان أكثر احمرارًا عن طريق توسع الكون ، وهي ظاهرة تسمى الانزياح الأحمر. من خلال قياس انزياح المجرة إلى الأحمر ، يمكن لعلماء الفلك معرفة بعدها ، وبالتالي ، متى كانت موجودة في الكون المبكر. قبل Webb ، لم يكن هناك سوى بضع عشرات من المجرات التي لوحظت فوق انزياح أحمر قدره 8 ، عندما كان عمر الكون أقل من 650 مليون سنة ، لكن JADES اكتشف الآن ما يقرب من ألف من هذه المجرات البعيدة للغاية.
المعيار الذهبي لتحديد الانزياح الأحمر هو النظر إلى طيف المجرة ، والذي يقيس سطوعها بعدد لا يحصى من الأطوال الموجية المتقاربة. ولكن يمكن تحديد تقريب جيد من خلال التقاط صور لمجرة باستخدام مرشحات تغطي كل منها نطاقًا ضيقًا من الألوان للحصول على عدد قليل من قياسات السطوع. بهذه الطريقة ، يمكن للباحثين تحديد تقديرات لمسافات عدة آلاف من المجرات في وقت واحد.
استخدم Kevin Hainline من جامعة أريزونا في توكسون وزملاؤه أداة Webb’s NIRCam (كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة) للحصول على هذه القياسات ، والتي تسمى الانزياح الأحمر الضوئي ، وحدد أكثر من 700 مجرة مرشحة كانت موجودة عندما كان الكون بين 370 مليون و 650. مليون. أعوام. كان عدد هذه المجرات يتجاوز بكثير توقعات الملاحظات التي تم إجراؤها قبل إطلاق Webb. تسمح الدقة والحساسية الرائعة للمرصد لعلماء الفلك بالحصول على رؤية أفضل لهذه المجرات البعيدة أكثر من أي وقت مضى.
قال هاينلاين: “في السابق ، بدت المجرات الأولى التي يمكننا رؤيتها كبقع صغيرة. ومع ذلك ، فإن تلك البقع تمثل الملايين ، إن لم يكن المليارات ، من النجوم في بداية الكون”. “يمكننا الآن أن نرى أن بعضها عبارة عن كائنات ممتدة ذات بنية مرئية. يمكننا أن نرى مجموعات من النجوم تولد بعد بضع مئات من ملايين السنين فقط.”
وأضاف ريكي: “وجدنا أن تشكل النجوم في بدايات الكون أكثر تعقيدًا بكثير مما كنا نظن”.
