أربعة اكتشافات من تلسكوب ويب حول المجرات البعيدة

قامت ناسا ببناء أحدث تلسكوب جيمس ويب الفضائي الخاص بها نظير إلى الكون البعيد والعودة نحو فجر التاريخ – وهي تفعل ذلك بالفعل بشكل مذهل. في الأسبوعين الماضيين منذ أن أصبحت الصور والبيانات العلمية الأولى لـ Webb متاحة لعلماء الفلك للعمل معها ، أبلغوا عن سيل من الاكتشافات الأولية ، بما في ذلك العديد من المتنافسين لما يمكن أن يكون أبعد مجرة ​​شوهدت على الإطلاق.

تكشف صور ويب عن ثروة من المجرات المتلألئة في الكون البعيد ، تظهر كما فعلت بضع مئات من ملايين السنين بعد الانفجار العظيم قبل 13.8 مليار سنة. التلسكوب صور حادة بشكل مذهل حطمت تصورات علماء الفلك المسبقة عن الكون المبكر.

“كان لدينا فكرة عن أي مجرات في هذه [distances] يقول جيهان كارتالتيب ، عالم الفلك في معهد روتشستر للتكنولوجيا في نيويورك: “سيبدو الشكل ، ومقدار التفاصيل التي سنكون قادرين على رؤيتها ، لكنني أعتقد أن الواقع مجرد نوع من النفخ في أذهاننا”.

فيما يلي بعض الأشياء التي يتعلمها علماء الفلك من ملاحظات ويب الأولى.

هناك الكثير من المجرات الموجودة بالخارج.

نظرًا لأن Webb يكتشف ضوء الأشعة تحت الحمراء ، ولأن توسع الكون يمد الضوء إلى أطوال موجية حمراء ، فإن التلسكوب مناسب تمامًا لاكتشاف المجرات التي تشكلت في وقت مبكر من تاريخ الكون. في برامج المراقبة الأولى ، التي انطلقت في يونيو ، اكتشف ويب العديد من المجرات البعيدة التي تقع بعيدًا عن متناول المراصد الأخرى ، مثل تلسكوب هابل الفضائي.

يقول ريتشارد إليس ، عالم الفلك في يونيفرسيتي كوليدج لندن: “إنه يشير إلى ما كان كثير منا يجادل به ، أن هناك مجرات هناك تتجاوز ما رأيناه مع هابل”.

بدأ عصر المجرات المبكرة عند “الفجر الكوني” ، ربما بعد حوالي 250 مليون سنة من الانفجار العظيم ، عندما تشكلت النجوم الأولى وأضاءت الكون. تجمعت الأجيال اللاحقة من النجوم في مجرات ، وهي النقاط الحمراء الباهتة التي بدأ ويب يكتشفها.

تتخلل العديد من صور Webb مجرات لم يسبق لها مثيل في الكون البعيد. يقول كارتالتيبي: “لا يكاد يوجد أي مكان فارغ لا يحتوي على شيء”.

قامت إحدى الدراسات بتمشيط البيانات من العديد من مجالات المجرات البعيدة التي لاحظها ويب حتى الآن ، لتحليل المعدل الذي تشكلت به النجوم في بدايات الكون. ووجدت 44 مجرة ​​غير معروفة من قبل تمتد إلى 300 مليون سنة من الانفجار العظيم. بالاقتران مع 11 مجرة ​​معروفة سابقًا ، تُظهر النتائج أنه كان هناك عدد كبير من المجرات التي تشكل النجوم في بدايات الكون¹. النتائج “تعيد تأكيد الإمكانات الهائلة القادمة الأكبر [Webb] برامج لتحويل فهمنا للكون الشاب ، “كتب الفريق بقيادة كالوم دونان من جامعة إدنبرة ، المملكة المتحدة ، في ورقة بحثية عن خادم arXiv preprint.

تتنافس العديد من المجرات على اللقب “الأبعد”.

ربما يكون الاندفاع الأكبر هو اندفاع فرق البحث التي تتنافس لتحديد المجرة الأبعد في بيانات Webb. تم رصد عدد من المرشحين الذين سيحتاجون إلى تأكيد من خلال مزيد من الدراسات ، لكنهم جميعًا سيحطمون الرقم القياسي لتلسكوب هابل للمجرة الأبعد ، والتي يعود تاريخها إلى حوالي 400 مليون سنة بعد الانفجار العظيم.^2و3.

ظهر أحد المتنافسين في مسح ويب يسمى GLASS تضمن مجرة ​​أخرى أقل بُعدًا قليلاً في نفس الصورة⁴. يقول ماركو كاستيلانو ، عالم الفلك في المعهد الوطني للفيزياء الفلكية في روما: “حقيقة أننا وجدنا هاتين المجرتين اللامعتين كانت مفاجأة حقًا”. لم يكن هو وزملاؤه يتوقعون العثور على أي مجرات بعيدة في هذا الجزء الصغير من السماء. كما رصد فريق ثانٍ المجرتين بشكل مستقل⁵.

يميز علماء الفلك مسافة المجرات بمقياس يعرف باسم الانزياح الأحمر ، والذي يحدد مقدار الضوء الذي تم تحويله إلى أطوال موجية حمراء. كلما زاد الانزياح نحو الأحمر ، زادت بعد المجرة. يوجد انزياح أحمر في المرشح GLASS يبلغ 13 تقريبًا. ولكن في 25 و 26 يوليو ، بعد أيام من إبلاغ علماء الفلك عن مجرات GLASS ، غمرت الأوراق التي تدعي انزياحًا أحمر أعلى خادم arXiv قبل الطباعة. يقول روهان نايدو ، عالم الفلك في مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في كامبريدج ، ماساتشوستس: “هذه مجرد بداية البداية”.

ظهر أحد المرشحين ، في انزياح أحمر يبلغ 14 ، في دراسة استقصائية تسمى CEERS ، وهي واحدة من أبرز مشاريع Webb المبكرة. أطلق الباحث الرئيسي في CEERS ، ستيفن فينكلشتاين في جامعة تكساس في أوستن ، على الكائن Maisie’s Galaxy ، على اسم ابنته.⁶. نظرت دراسة أخرى في نفس أول صورة ميدانية عميقة من ويب، الذي أصدره الرئيس الأمريكي جو بايدن في 11 يوليو ، ووجد مجرتين محتملتين عند انزياح أحمر يبلغ 16 ، مما يضعهما بعد 250 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم⁷. وتتكهن أوراق arXiv الأخرى بالمرشحين الآخرين ، حتى في حالات الانزياح الأحمر البالغ 20⁸.

بعض المجرات المبكرة معقدة بشكل مدهش.

كما تبين أن مجرات ويب البعيدة تمتلك بنية أكثر مما توقعه علماء الفلك.

وجدت إحدى الدراسات التي أجريت على أول صورة للمجال العميق لـ Webb عددًا كبيرًا بشكل مدهش من المجرات البعيدة التي تتشكل على شكل أقراص⁹. باستخدام هابل ، استنتج علماء الفلك أن المجرات البعيدة غير منتظمة الشكل أكثر من المجرات القريبة ، والتي ، مثل مجرة ​​درب التبانة ، غالبًا ما تعرض أشكالًا منتظمة مثل الأقراص. كانت النظرية أن المجرات المبكرة كانت في كثير من الأحيان مشوهة بالتفاعل مع المجرات المجاورة. لكن ملاحظات ويب تشير إلى وجود ما يصل إلى 10 أضعاف عدد المجرات البعيدة على شكل قرص كما كان يعتقد سابقًا.

تقول أليسون كيركباتريك ، عالمة الفلك بجامعة كانساس في لورانس: “بفضل دقة جيمس ويب ، يمكننا أن نرى أن للمجرات أقراصًا في وقت أبكر مما كنا نعتقد”. إنها مشكلة ، كما تقول ، لأنها تتعارض مع النظريات السابقة لتطور المجرات. “سيتعين علينا معرفة ذلك.”

تشير مخطوطة ما قبل الطباعة إلى أن مجرات ضخمة تشكلت في وقت مبكر من الكون أكثر مما كان معروفًا من قبل. أفاد فريق بقيادة إيفو لابي من جامعة سوينبورن للتكنولوجيا في ملبورن ، أستراليا ، بوجود سبع مجرات ضخمة في حقل CEERS ، مع انزياح أحمر بين 7 و 10¹⁰. كتب العلماء: “نستنتج أن المناطق المركزية لبعض المجرات الضخمة على الأقل كانت موجودة بالفعل إلى حد كبير بعد 500 مليون سنة من الانفجار العظيم ، وأن تشكيل المجرات الضخم بدأ في وقت مبكر جدًا من تاريخ الكون”.

وتظهر دراسات كيمياء المجرات أيضًا صورة غنية ومعقدة تنبثق من بيانات ويب. فحص أحد التحليلات للصورة الأولى للمجال العميق الضوء المنبعث من المجرات عند انزياح أحمر بمقدار 5 أو أكثر. (ترتبط الخطوط الطيفية التي تظهر عند أطوال موجية مختلفة من الضوء بالعناصر الكيميائية التي تتكون منها المجرات). وقد وجدت ثراءً مفاجئًا لعناصر مثل الأكسجين.¹¹. اعتقد علماء الفلك أن عملية التخصيب الكيميائي – التي تدمج فيها النجوم الهيدروجين والهيليوم لتكوين عناصر أثقل – استغرقت بعض الوقت ، لكن اكتشاف أنها جارية في المجرات المبكرة “ستجعلنا نعيد التفكير في السرعة التي يحدث بها تشكل النجوم” ، كما يقول كيركباتريك.

أقرب المجرات أصغر مما كان متوقعا.

تستمر المفاجآت من Webb بعد ذلك بقليل في تطور الكون. نظرت إحدى الدراسات في ملاحظات ويب لـ “الظهيرة الكونية” ، وهي فترة ما يقرب من 3 مليارات سنة بعد الانفجار العظيم. هذا هو الوقت الذي بلغ فيه تكوين النجوم ذروته في الكون ، ونتج معظم الضوء.

قارن Wren Suess ، عالم الفلك بجامعة كاليفورنيا ، سانتا كروز ، صور هابل للمجرات في الظهيرة الكونية بصور ويب لنفس المجرات. في الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء التي اكتشفها ويب ، بدت معظم المجرات الضخمة أصغر بكثير مما كانت عليه في صور هابل¹². يقول سوس: “يحتمل أن يغير نظرتنا الكاملة لكيفية تطور أحجام المجرات بمرور الوقت”. اقترحت دراسات هابل أن المجرات تبدأ صغيرة وتنمو أكبر بمرور الوقت ، لكن نتائج ويب تشير إلى أن هابل لم يكن لديه الصورة الكاملة ، وبالتالي قد يكون تطور المجرات أكثر تعقيدًا مما توقعه العلماء.

مع وجود Webb في بداية ما يزيد عن 20 عامًا من العمل المخطط لها ، يعلم علماء الفلك أن لديهم الكثير من التغييرات في المستقبل. يقول كيركباتريك: “في الوقت الحالي أجد نفسي مستلقية مستيقظة في الساعة الثالثة صباحًا ، أتساءل عما إذا كان كل ما فعلته خاطئًا.”