قبل هذا الاكتشاف، الذي تم كجزء من [[LINK2]] مشروع تلسكوب جيمس ويب الفضائي[[LINK2]] (JWST) لاستطلاع منتصف الطيف تحت الأحمر للتراث المجري الاستثنائي (GLIMPSE)، كانت أبعد مجرة تم رصدها بواسطة التلسكوب الفضائي القوي هي [[LINK3]] JADES-GS-z14-0[[LINK3]]. وقد تم رصدها كما كانت عندما كان عمر الكون حوالي 280 مليون سنة.

سيتم تسمية هذه المجرات الجديدة رسميًا عند تأكيدها، ولكن من المحتمل أن تحمل جميعها البادئة “GLIMPSE” في إشارة إلى الاستطلاع الذي اكتشفها. وقد تكون هذه المجرات هي أقدم المجرات الممكنة الموجودة، وفقًا لنماذجنا الحالية لتطور الكون.

“لا يزال من الصعب تقدير العمر الدقيق لهذه المجرات وتحديد متى تشكلت، ولكننا بالتأكيد نقترب من الجيل الأول من المجرات لأن لدينا حوالي 150 مليون سنة فقط لتشكيل هذه المجرات،” قال عضو فريق الاكتشاف حكيم أتيك، باحث في معهد باريس لعلم الفلك، لموقع Space.com. “مع توفر هذا الوقت القليل، ليست هناك العديد من الطرق التي يمكنك من خلالها تشكيل المجرات.

“في النهاية، ستضع هذه الملاحظات قيودًا صارمة على العمليات الفيزيائية المسموح بها في نماذجنا للكون.”

رؤية الأحمر بمساعدة أينشتاين

تُوصف المجرات المبكرة، مثل هذه الخمسة المرشحة الجديدة، بأنها “عالية الانزياح الأحمر” أو “مجرات عالية z”. وذلك لأن توسع الكون يتسبب في تمدد أطوال موجات الضوء التي تنبعث من مثل هذه المجرات بينما تسافر هذه الأطوال الموجية إلينا. حيث يتم العثور على أطوال موجية أطول (أكثر تمددًا) عند “طرف الأحمر” من الطيف الكهرومغناطيسي، يتم وصف هذه العملية بأنها انزياح أحمر.

كلما استغرق الضوء وقتًا أطول للوصول إلينا، زاد التحول الأحمر الذي يمر به. يتم التعبير عن مقدار التحول الأحمر الذي شهدته مجرة ما بالرمز “z” متبوعًا بعلامة يساوي، ثم عدد بدون وحدة.

وفقًا لمرصد لاس كومبريس، فإن انزياحًا أحمر z = 0.10 يتوافق مع ضوء قد سافر إلى الأرض لمدة 1.3 مليار سنة وهو الآن يبعد 1.3 مليار سنة ضوئية. انزياح أحمر z = 1 يتوافق مع ضوء قد سافر 7.7 مليار سنة، ونتيجة لتوسع الكون، فإنه الآن يبعد 10.1 مليار سنة ضوئية. انزياح أحمر بقيمة 10 يتوافق مع جسم مشع يبعد عنا حوالي 26.6 مليار سنة ضوئية مع ضوء قد سافر لمدة 13.2 مليار سنة. 

تقوم JWST[[LINK7]] الآن بشكل روتيني باكتشاف المجرات التي تمتلك انزياحات حمراء تتراوح بين z = 10 و z = 14. كما ذُكر سابقًا، فإن أقدم مجرة مؤكدة، JADES-GS-z14-0، لديها انزياح أحمر قدره z = 14.2. ومع ذلك، فإن هذه المجرات الخمس الجديدة المحتملة تمتلك انزياحات حمراء تتراوح بين z = 16 إلى z = 18.

شرح قائد الفريق فاسيلي كوكوريف من جامعة تكساس لموقع Space.com أن العثور على هذه المجرات يستمر في الاتجاه الذي يشير إلى اكتشاف JWST لمزيد من المجرات ذات اللمعان العالي المجمعة بكثافة في الكون المبكر عند انزياحات حمراء عالية أو “z عالي” أكثر مما كان متوقعًا قبل أن يبدأ التلسكوب الذي كلف 10 مليار دولار[[LINK8]] في إرسال البيانات إلى الأرض في صيف عام 2022.[[LINK8]]

“إن العثور على العديد من المجرات في الزاوية العالية في نفس المجال يعني أن كثافاتها العددية أعلى مما توقعنا،” قال كوكوريف. “كما أن الأجسام التي وجدناها تتناسب باستمرار مع النموذج الجديد لفرط وفرة المجرات اللامعة في الزاوية العالية. وهذه ربما تكون أيضًا بعضًا من أصغر المجرات التي رأيناها حتى الآن.”

<>

تمت إمكانية اكتشاف هذه المجرات الخمسة المرشحة لأن ملاحظات GLIMPSE هي الأعمق التي تم الحصول عليها في السماء. وقد حصلت النتائج، الأولى من مشروع GLIMPSE، على مساعدة من تجمع المجرات Abell S1063، الذي يقع على بعد حوالي 4 مليارات سنة ضوئية. وقد تمكّن هذا التجمع من المساعدة بفضل ظاهرة تم التنبؤ بها لأول مرة بواسطة [[LINK9]] ألبرت أينشتاين [[LINK9]] في عام 1915 تُسمى “عدسة الجاذبية”.

في عام 1915، افترض أينشتاين نظريته عن الجاذبية، المعروفة باسم “النسبية العامة“. تقترح هذه النظرية أن الجاذبية تنشأ من الأجسام ذات الكتلة التي تعوج نسيج الزمان والمكان (المتحد ككيان رباعي الأبعاد يُسمى “الزمان-المكان”). كلما زادت كتلة الجسم، زاد “الانخفاض” في الزمان-المكان الذي يُحدثه، وبالتالي زادت تأثيره الجاذبي.

عندما يمر الضوء من جسم ما عبر انحناء شديد في الزمكان ناتج عن شيء ضخم حقًا في طريقه إلى كواشفنا القائمة على الأرض، مثل تجمع من المجرات، فإن مساره ينحني أيضًا. كلما اقترب الضوء من هذا الجسم العدسي، زادت شدة انحنائه. وهذا يعني أنه من خلال اتخاذ مسارات مختلفة حول العدسة الجاذبية، يمكن أن تصل المجرات الخمس GLIMPSE في أوقات مختلفة إلى تلسكوب مثل JWST الذي يقع في ركننا من الكون.

<>

يُطلق على هذا التأثير اسم عدسة الجاذبية لأنه يمكن أن يُكبر مظهر الجسم الخلفي. لقد استخدم تلسكوب جيمس ويب الفضائي هذا الظاهرة بفعالية كبيرة لاكتشاف المجرات البعيدة في بداياتها والتي ستكون باهتة جدًا لدرجة أنه لا يمكن رؤيتها بدون عدسة الجاذبية. في هذه الحالة، كانت الكتلة أبيل S1063 هي العدسة الجاذبية التي استخدمها فريق GLIMPSE.

حتى مع أقوى تلسكوب فضائي تم بناؤه على الإطلاق ومع ظاهرة كونية قوية، كانت هذه المجرات لا تزال باهتة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بالتفصيل الكافي لتحديد خصائصها.

“للتعمق حقًا في طبيعتهم، سيكون من الضروري استخدام الطيف. في الوقت الحالي، نعلم أن هذه الأجسام خافتة جدًا من حيث طبيعتها، خاصةً مقارنةً بأحدث اكتشافات تلسكوب جيمس ويب (JWST) في الزمن العالي (high-z)،” قال كوكوريف. “هذه الخفوت، إلى جانب عدد الاكتشافات التي نقوم بها في حجم صغير، قد يكون لها بعض التبعات المثيرة بشأن ظهور أولى المجرات في الكون.”

بالنسبة لآتيك، فإن أحد الجوانب الأكثر إثارة للاهتمام في الاكتشاف هو أن هذه المجرات ستتطور لتصبح مثل المجرات اللامعة بشكل غير عادي التي كان تلسكوب جيمس ويب يلمحها عندما كان عمر الكون بين 300 و 400 مليون سنة.

أما بالنسبة لاحتمالية اكتشاف تلسكوب جيمس ويب لمجرات أقدم من هؤلاء المرشحين الخمسة، فإن آتيك ليس واثقًا من أن ذلك سيكون ممكنًا.

قال أتيك: “يمتلك تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) القدرة على اكتشاف مجرات أقدم، لكن ذلك سيعتمد على عددها وكثافتها وإشعاعها، والتي ترتبط بكيفية تشكل المجرات في وقت مبكر.” وتابع: “نحن ندخل أراضٍ غير مستكشفة تمامًا ولا يمكننا أن نعرف بالتأكيد ما الذي سنكتشفه. من المتوقع أن تكون العديد من هذه المصادر خافتة جدًا لدرجة أن التأكيد الطيفي، حتى مع JWST، سيكون تحديًا كبيرًا أو غير ممكن.”

حتى إذا كانت هناك مجرات أقدم في الكون الفتي يمكن اكتشافها، فمن الممكن أن أداة قوية مثل JWST — باستخدام أداة رائعة مثل العدسات الجاذبية — قد لا تتمكن من رصدها.

أشار كوكوريف إلى أن اكتشاف المجرات الأقدم والأخف يمكن أن يتطلب 450 ساعة من [[LINK12]] وقت الملاحظة باستخدام JWST[[LINK12]] (مشروع GLIMPSE كان لديه 150 ساعة فقط)، ويعتقد الباحث أن هذا ليس من المحتمل أن يحدث في أي وقت قريب.

“لذا، من الناحية النظرية، نعم، يمكن للمرء أن يجد حتى مجرات أبعد وأقدم؛ ومع ذلك، ستكون هذه المجرات أضعف وأصغر، مما يجعل من الصعب جداً اكتشافها،” قال كوكوريف. “لقد دفعت برنامج GLIMPSE التلسكوب بالفعل إلى حدوده القصوى.”

على الرغم من ذلك، لا شك أن هناك المزيد من النتائج المثيرة التي ستقدمها GLIMPSE.

“هذه هي الورقة الأولى من العديد من الأوراق القادمة، لذا ترقبوا المزيد من العلوم المتعلقة بـ GLIMPSE،” اختتم كوكوريف. “نحن متحمسون جداً للبيانات وكل العلوم المثيرة التي ستوفرها!”

تم نشر أبحاث الفريق في شكل مسبق من مستودع الأوراق arXiv.

المصدر: المصدر