كنوع، توصلنا إلى الوعي بأننا جزء ضئيل من كون شاسع يتحدد بتجمعات المجرات والبنية الكبيرة للكون. مدفوعين بفضول فكري صحي، نحن نستكشف محيطنا ونواجه السؤال الذي تطرحه الطبيعة: كيف أصبح كل شيء على هذا النحو؟
ليس لدينا سوى إجابات تدريجية لذلك السؤال الضخم، الذي يكاد يكون متعدد الأوجه بلا حدود. وتظهر الإجابات التدريجية بفضل أدواتنا الأفضل، بما في ذلك التلسكوبات الفضائية، التي تصبح أفضل وأكثر قدرة مع مرور الوقت.
تدخل تلسكوب جيمس ويب الفضائي.
lأحد الأسباب التي جعلت ناسا وشركاءها يبنون ويطلقون تلسكوب جيمس ويب الفضائي هو دراسة تاريخ تشكيل المجرات وفهم كيف تطورت إلى ما نراه اليوم. يتضمن ذلك مراقبة المجرات، تجمعات المجرات، سوبر تجمعات المجرات، والشبكة المعقدة من الأوراق، الفراغات، والخيوط التي تشكل الهيكل الكبير للكون. كما يتضمن مراقبة البروتو-تجمعات، وهي المرحلة المبكرة من تجمع المجرة. إنها مثل اللبنات الأساسية لـ الشبكة الكونية، التي تنهار وتندمج لتشكيل تجمعات وسوبر تجمعات.
تجمع العنكبوت البروتو هو كائن قديم ومدروس جيدًا في الكون المبكر. أكثر من 100 مجرة فردية تشكل تجمعًا عند الانزياح الأحمر z = 2.16، مما يعني أن ضوءها استغرق أكثر من 10 مليارات سنة ليصل إلينا.
“نحن نراقب تكوين واحدة من أكبر الهياكل في الكون، مدينة من المجرات في طور البناء.”
خوسيه م. بيريز-مارتيز، معهد علم الفلك بجزر الكناري
تعتبر البروتوكلاسترات مفتاحًا لفهم الكون، وفي ورقتين جديدتين، يقدم الباحثون نتائج ملاحظات تلسكوب جيمس ويب الفضائي للبروتوكلاستر شبكي العنكبوت. من بين أشياء أخرى، تظهر النتائج أن الجاذبية لا تلعب دورًا كبيرًا كما كان يُعتقد في تشكيل مجموعة.
تكمن الصعوبة في مراقبة شبكي العنكبوت في أنه محجوب بكمية صحية من الغبار الكوني. يمنع الغبار الضوء المرئي ولكنه يسمح بمرور الضوء تحت الأحمر. نظرًا لأن تلسكوب جيمس ويب الفضائي هو تلسكوب تحت أحمر قوي للغاية، فقد كشفت رؤيته عن أشياء كانت مخفية سابقًا عن علماء الفلك.
“نحن نشهد بناء واحدة من أكبر الهياكل في الكون، مدينة من المجرات قيد الإنشاء”، شرح خوسيه م. بيريز-مارتينيز من معهد علم الفلك في جزر الكناري وجامعة لا لاغونا في إسبانيا. “نعلم أن معظم المجرات في تجمعات المجرات المحلية (أكبر العواصم في الكون) قديمة وليست نشطة جدًا، بينما في هذا العمل ننظر إلى هذه الأجسام خلال فترة مراهقتها. مع نمو هذه المدينة قيد الإنشاء، ستتأثر أيضًا خصائصها الفيزيائية. الآن، يوفر لنا ويب رؤى جديدة حول بناء مثل هذه الهياكل للمرة الأولى.”
يمكن لتلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) رصد غاز الهيدروجين بشكل أكثر دقة من التلسكوبات الأخرى. غالبًا ما يراقب الفلكيون انبعاثات الهيدروجين-ألفا (h-alpha) لاستكشاف المجرات. انبعاثات الهيدروجين-ألفا هي نوع محدد من الضوء المنبعث عندما تنتقل الإلكترونات بين مستويات الطاقة. ومع ذلك، هناك نوع آخر من انبعاثات الهيدروجين تحت الحمراء يسمى انبعاثات باشن-بيتا (Pa-beta) يمكن لتلسكوب JWST رصده. يتم انبعاثه نتيجة لانتقالات إلكترونية مختلفة في الهيدروجين ويعتبر مؤشرًا قيمًا لمعدل تكوين النجوم (SFR) في المجرات. بينما لم يُصمم تلسكوب JWST بشكل خاص لتحديد هذه الانبعاثات، إلا أنه يمكنه رصد الأطوال الموجية تحت الحمراء التي تشمل خط Pa-beta.
الأوراق البحثية الجديدة المستندة إلى ملاحظات تلسكوب JWST هي:
كشفت هذه الملاحظات عن وجود مجرات جديدة، لم يتم اكتشافها من قبل، في الكتلة الأولية التي كانت مخفية بواسطة الغبار.
”
“كما هو متوقع، وجدنا أعضاء جدد في تجمعات المجرات، لكننا فوجئنا بالعثور على عدد أكبر مما توقعنا،” أوضح ريذم شيمكاوا من جامعة واسيدا في اليابان. “وجدنا أن الأعضاء المعروفة سابقًا من المجرات (المماثلة للمجرات النجمية النموذجية مثل مجرتنا درب التبانة) ليست محجوبة أو مليئة بالغبار كما كان متوقعًا سابقًا، وهو ما جاء أيضًا كمفاجأة.”
تظهر خصائص الغبار أن التفاعلات الجاذبية لا تلعب دورًا كبيرًا كما كان يُعتقد. إذا كانت هناك اندماجات مدفوعة بالجاذبية، لكانت كمية الغبار الناتج أعلى حيث إن الاندماجات تحفز معدلات تشكل النجوم بسرعة. ومع ذلك، تظهر هذه الملاحظات أن الغبار يتم إنتاجه بسلاسة بدلاً من أن يكون بشكل مفاجئ.
“يمكن تفسير ذلك من خلال حقيقة أن نمو هذه المجرات النموذجية لا يتم تحفيزه بشكل أساسي من خلال تفاعلات المجرات أو الاندماجات التي تحفز تكوين النجوم،” أضاف هيلموت دانر باور من معهد أستروفيسيكيا دي كاناريا في إسبانيا. “نحن الآن نعتقد أن هذا يمكن أن يُفسر بدلاً من ذلك من خلال تكوين النجوم الذي يتم تغذيته من خلال الغاز المتراكم في مواقع مختلفة في جميع أنحاء الهيكل الكبير لهذا الكائن.”
“تدعم هذه النتائج السيناريو الذي يتم فيه إنتاج الغبار داخل السكان الرئيسيين للمجرة من هذا البروتوكلاستر من خلال أنشطة تكوين النجوم الدنيوية التي تغذيها تراكب الغاز السلس عبر هيكله الكبير،” يكتب المؤلفون في الورقة الأولى. “يقلل هذا من دور التفاعلات الجاذبية في تعزيز تكوين النجوم وإنتاج الغبار داخل بروتوكلاستر شبكة العنكبوت، على النقيض من الملاحظات في النوى ذات الانزياح الأحمر الأعلى والأقل تطورًا.”
“لا نجد أي ارتباط بين غبار عينة HAEs الخاصة بنا وتوزيعها في فضاء الطور (العينة الطيفية) أو كدالة لنصف القطر المركزي للمجموعة أو الكثافة المحلية”، يوضح مؤلفو الورقة الأولى. إذا كانت الاندماجات المدفوعة بالجاذبية هي المسؤولة عن تكوين النجوم والغبار، لكانت متكتلة.
كان الهدف الأصلي من الورقة الثانية هو إجراء مسح عميق موجه نحو مُنبعثات Pa-beta (PBEs). استخدمت فلترًا فريدًا ضيق النطاق على NIRCam الذي يكون أقل حساسية لاختفاء الغبار. انتهى بهم الأمر إلى اكتشاف مرشحين جدد للعضوية في مجموعة العنكبوت الأولية. ومن المثير للاهتمام أن ليس جميع مُنبعثات h? هي أيضًا مُنبعثات Pa-beta.
قام الباحثون بتقليص مصادر مُصدِري با-بيتا إلى 41 مصدرًا. فقط 17 من تلك المصادر تم التأكد أيضًا من كونها مُصدِرات h? . “تُعتبر الـ 24 جسمًا المتبقية مرشحة غير مؤكدة مرتبطة بالعنقود البروتوني عنكبوتي الشكل،” يكتب المؤلفون. “تظل هذه المرشحات PBE معرضة لخطر مُصدِرات في المقدمة أو الخلفية بخلاف PBE؛ لذلك، هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات المتابعة لتأكيد أنها أعضاء في العنقود البروتوني.”
إن العثور على مزيد من الأعضاء في العنقود البروتوني عنكبوتي الشكل واكتشاف أن الجاذبية ليست بالقدر الذي كان يُعتقد يعتبر مجرد بداية. هذه إجابات تدريجية على مسارنا لفهم كيف تطور الكون إلى ما نراه اليوم. العلم هو رحلة، وكما هو الحال غالبًا في الرحلة، فإن المزيد من الملاحظات هي الخطوة التالية.
“ستوفر التأكيدات والمتابعات المتعلقة بمرشحي PBE فهمًا أفضل لمعدل تكوين النجوم الكلي في بروتوكلاستر شبكة العنكبوت، والاعتماد البيئي لتكوين المجرات، وعملية الانتقال من بروتوكلاستر إلى تجمع حقيقي من المجرات”، يكتب مؤلفو الورقة الثانية في خلاصة بحثهم.
ينوي الباحثون متابعة هذا العمل بمزيد من الملاحظات الطيفية من تلسكوب جيمس ويب الفضائي. يجب أن توفر تلك الملاحظات تأكيدًا إضافيًا على الأعضاء الجدد لشبكة العنكبوت.
المصدر: المصدر