لقد عرفنا أخيرًا ما الذي جلب الضوء إلى الفراغ المظلم عديم الشكل للكون المبكر.
وفقا لبيانات من التلسكوبات الفضائية هابل وجيمس ويب، فإن الفوتونات الطائرة الحرة للفجر الكوني المبكر جاءت من المجرات القزمة الصغيرة التي ظهرت إلى الحياة، مما أدى إلى تبديد ضباب الهيدروجين الضبابي الذي ملأ الفضاء بين المجرات. ورقة جديدة تم إصدار معلومات حول البحث في فبراير.
“يكشف هذا الاكتشاف عن الدور الحاسم الذي لعبته المجرات الخافتة للغاية في تطور الكون المبكر.” قالت عالمة الفيزياء الفلكية إيرينا تشيميرينسكا من معهد الفيزياء الفلكية في باريس.
“إنها تنتج فوتونات مؤينة تحول الهيدروجين المحايد إلى بلازما مؤينة أثناء إعادة التأين الكوني. وهذا يسلط الضوء على أهمية فهم المجرات منخفضة الكتلة في تشكيل تاريخ الكون. »
في بداية الكون، بعد دقائق قليلة من الانفجار الكبير، امتلأ الفضاء بضباب حار وكثيف من البلازما المتأينة. لا يمكن للضوء الصغير الموجود هناك أن يخترق هذا الضباب؛ كانت الفوتونات قد تناثرت ببساطة بين الإلكترونات الحرة التي تطفو حولها، مما أدى إلى إظلام الكون بشكل فعال.
مع تبريد الكون، بعد حوالي 300 ألف سنة، بدأت البروتونات والإلكترونات تتجمع معًا لتشكل غاز الهيدروجين المحايد (وبعض الهيليوم). يمكن لمعظم الأطوال الموجية للضوء اختراق هذا الوسط المحايد، ولكن كان هناك عدد قليل جدًا من مصادر الضوء لإنتاجها. ولكن من هذا الهيدروجين والهيليوم ولدت النجوم الأولى.
أصدرت هذه النجوم الأولى إشعاعات قوية بما يكفي لفصل الإلكترونات من قلبها وإعادة تأين الغاز. ولكن عند هذه النقطة، كان الكون قد توسع كثيرًا لدرجة أن الغاز كان منتشرًا ولم يعد قادرًا على منع الضوء من السطوع. بعد حوالي مليار سنة من الانفجار الكبير، نهاية الفترة المعروفة باسم الفجر الكوني، تم إعادة تأين الكون بالكامل. وهناك تذهب! كانت الأضواء مضاءة.
ولكن لأن الفجر الكوني مظلم جدًا وبعيد في الزمان والمكان، فإننا نواجه صعوبة في رؤية ما بداخله. ويعتقد العلماء أن المصادر المسؤولة عن معظم هذه الإضاءة لا بد أن تكون قوية: على سبيل المثال، الثقوب السوداء الضخمة التي يؤدي تراكمها إلى إنتاج ضوء متوهج، والمجرات الكبيرة المكونة للنجوم (النجوم الشابة تنتج الكثير من الضوء فوق البنفسجي).
تم تصميم تلسكوب جيمس ويب الفضائي جزئيًا لمراقبة الفجر الكوني ومحاولة رؤية ما هو مخفي هناك. لقد كان نجاحًا كبيرًا، حيث كشف عن جميع أنواع المفاجآت حول هذه الفترة الحاسمة في تكوين كوننا. ومن المثير للدهشة أن ملاحظات التلسكوب تشير الآن إلى أن المجرات القزمة هي اللاعب الرئيسي في إعادة التأين.
اعتمد فريق دولي بقيادة عالم الفيزياء الفلكية حكيم عتيق من معهد باريس للفيزياء الفلكية، على بيانات تلسكوب جيمس ويب الفضائي من مجموعة مجرات تسمى أبيل 2744، مدعومة ببيانات من تلسكوب هابل. Abell 2744 كثيف للغاية لدرجة أن الزمكان يلتف حوله، ويشكل عدسة كونية؛ يتم تضخيم أي ضوء بعيد ينتقل إلينا عبر هذا الزمكان. وقد سمح هذا للباحثين بمراقبة المجرات القزمة الصغيرة القريبة من الفجر الكوني.
ثم استخدموا تلسكوب جيمس ويب الفضائي للحصول على أطياف تفصيلية لهذه المجرات الصغيرة. وكشف تحليلهم أن هذه المجرات القزمة ليست فقط النوع الأكثر وفرة من المجرات في بداية الكون، ولكنها أيضًا أكثر سطوعًا مما كان متوقعًا. في الواقع، يُظهر بحث الفريق أن عدد المجرات القزمة يفوق عدد المجرات الكبيرة بمقدار 100 مرة، وأن ناتجها الجماعي يبلغ أربعة أضعاف الإشعاع المؤين المفترض عادةً للمجرات الأكبر حجمًا.
“تبعث هذه القوى الكونية مجتمعة ما يكفي من الطاقة للقيام بعملها” قال عتيك“على الرغم من حجمها الصغير، إلا أن هذه المجرات منخفضة الكتلة تنتج إشعاعًا نشطًا بشكل كبير، ووفرتها خلال هذه الفترة كبيرة جدًا لدرجة أن تأثيرها الجماعي يمكن أن يغير حالة الكون بأكملها. »
وهذا هو أفضل دليل حتى الآن على القوة الكامنة وراء إعادة التأين، ولكن لا يزال هناك عمل يتعين القيام به. قام الباحثون بفحص جزء صغير من السماء؛ إنهم بحاجة إلى التأكد من أن عينتهم ليست مجرد مجموعة شاذة من المجرات القزمة، ولكنها تمثل مجموعة الفجر الكوني بأكملها.
إنهم يخططون لدراسة المزيد من مناطق العدسات الكونية في السماء للحصول على عينة أوسع من التجمعات المجرية المبكرة. ولكن في هذه العينة وحدها، كانت النتائج مثيرة بشكل لا يصدق. لقد ظل العلماء يبحثون عن إجابات حول إعادة التأين طوال فترة علمنا بها. نحن على وشك إزالة هذا الضباب أخيرًا.
“لقد دخلنا الآن منطقة مجهولة مع تلسكوب جيمس ويب الفضائي” قالت عالمة الفيزياء الفلكية ثيميا ناناياكارا من جامعة سوينبيرن للتكنولوجيا في أستراليا.
“يفتح هذا العمل أسئلة أكثر إثارة يجب علينا الإجابة عليها في جهودنا لتتبع التاريخ التطوري لبداياتنا. »
وقد نشر البحث في طبيعة.
نُشرت نسخة من هذه المقالة في الأصل في مارس 2024.
