أَفْتِراسُ “الوحش البحري” أدّى إلى درب التبانة الحديث.
“`html
اشتراك في نشرة البداية مع انفجار
سافر عبر الكون مع الدكتور إيثان سيجل حيث يُجيب على أهم الأسئلة على الإطلاق
“`
عندما يتعلق الأمر بأي جانب من جوانب الكون، فهناك سؤالان نحاول الإجابة عليهما دائمًا: “كيف هو اليوم؟” و”كيف أصبح على هذا النحو؟” من الذرات إلى الكواكب إلى النجوم إلى المجرات، نسعى لفهم كيف هي الأشياء اليوم، واكتساب فهم لكيفية تطورها من مكونات سابقة إلى حالتها الحالية. إنه أمر صعب للغاية. ومع ذلك، في علم الفلك، لا يمكننا إجراء التجارب حسب رغبتنا: لدينا فقط الكون كما هو اليوم – صورة لحظية من الكون – لمشاهدتها. في هذه اللحظة، كل ما تبقى هو الباقون من ماضٍ كوني عنيف.
ولكن، تمامًا كما يمكن للباحث الجيد استعمال الأدلة القليلة المتوفرة لإعادة بناء ما حدث في مسرح الجريمة، يمكن لعُلماء الفلك استعمال مختلف الأدلة المتبقية في الكون، إلى جانب قوانين الفيزياء المعروفة التي تحكم جميع الأجرام، لإعادة بناء أكبر قدر ممكن من تاريخنا الكوني. بالتأكيد، لم تكن مجرتنا درب التبانة دائمًا كما هي اليوم: كبيرة، ضخمة، ومليئة بمئات المليارات من النجوم. بل، كبرنا عبر مزيج من النمو الجاذبي والاندماجات مع مجرات أصغر أخرى. ولكن أي تأثير كان أكثر أهمية، وما هي درجة أهمية الاندماجات التي حدثت؟ أخيرًا، اكتشفنا جزءًا مهمًا من الإجابة: عمل ابتلاع مجرة [[LINK22]] تُعرف باسم kraken[[LINK22]] قبل 11 مليار سنة أدى، على الأقل جزئيًا، إلى درب التبانة الحديثة. إليكم كيف نعرف ذلك.
تُعدّ المجرات المُشابهة لمجرة درب التبانة الحالية عديدة، لكن المجرات الأصغر سناً، المُتشابهة مع مجرة درب التبانة، أصغر حجماً وأزرق اللون، وأغنى بالغاز عموماً من المجرات التي نراها اليوم. أما بالنسبة لأولى المجرات على الإطلاق، فإن هذا الأمر يصل إلى أقصى حدّ، وبسبب وجودها خلف “جدار” من الغبار الكوني، فإنّ معظمها يبقى مُخفيّاً حتى مع تكنولوجيا مستوى عام 2024.
معتمد على: ناسا، وكالة الفضاء الأوروبية، بي. فان دوككوم (جامعة ييل)، أس. باتيل (جامعة لايدن)، وفريق 3-D-HST
هناك دليليْن قوييْن جداً يُعلّمانا أن درب التبانة، كما هو عليه اليوم، ليس كما كان عليه دوماً. الأول هو النجوم التي نراها. فبينما تتفاوت ألوانها وكتلها، وتختلف نسب العناصر الثقيلة فيها، فإن أهم فرق بين النجوم التي نراها هو أعمارها. حقيقة أن العديد من نجوم درب التبانة شابة نسبياً – بالإضافة إلى استمرار تكوين النجوم في مجرتنا الغنية بالغاز – تُبرهن على أن النجوم تشكلت في أوقات مختلفة، وأن الكثير من نجوم اليوم لم تكن موجودة في الماضي.
الدليل الثاني هو ما نراه عندما ننظر عبر الزمن الكوني إلى وفرة المجرات التي يمكننا رصدها وتوصيفها. ما نجدُه هو أنَّ العديد من مجرات اليوم تشبه درب التبانة: متشابهة في الحجم والكتلة، وكُلٍّ من عدد ونوع الألوان للنجوم الموجودة فيها. وبينما ننظر إلى مسافات أبعد في الفضاء، وبالتالي إلى ماضي أبعد في الزمن، نرى أن المجرات مختلفة:
أصغر حجمًا
أقل كتلة
أقل عددًا من النجوم
أزرق اللون بشكلٍ عام، وأصغر سنًا.
لا شكَّ في أن درب التبانة، وجميع المجرات الحديثة في الكون، قد نمت بطريقة ما. السؤال الكبير هو: كيف؟
سلسلة من الصور الثابتة تُظهر اندماج درب التبانة ومجرة أندروميدا، وكيف سيبدو السماء مختلفًا من الأرض أثناء حدوثه. من المتوقع تمامًا أن تندمج الثقوب السوداء الهائلة في هذين المجرتين معًا أيضًا.
[[LINK24]]اعتمد على [[LINK24]]: ناسا؛ ز. ليفي و ر. فان در ماريل، STScI؛ ت. هالاس؛ أ. ميلينغر
الفكرة الرئيسية الأخرى هي أن المجرات ربما تشكل بذورها عن طريق انهيار جاذبي لفرط الكثافة الأولية، ولكنها تنمو في الغالب من خلال اندماجات رئيسية وتفصيلية: حيث لا يكون الغاز والذرات الفردية هي التي تسقط جاذبيًا، بل مجرات أولية كاملة وحتى مجرات مكتملة التكوين تندمج معًا، مما يؤدي إلى نشوء درب التبانة الحديث. لدينا الكثير من الأدلة على حدوث ذلك في جميع أنحاء الكون، حيث تم رصد عدد هائل من الاندماجات، بين مجرات ذات كتلة متساوية وبين مجرات ذات اختلافات كبيرة في الكتلة، باستخدام “لقطة” الكون الحالية.
هناك سبب مقنع آخر للنظر في هذا السيناريو بجدية: فنحن نعلم أن عمليات الاندماج و”التهام المجرات” تحدث حتى اليوم، وهي مصممةٌ للاستمرار إلى وقتٍ بعيد في المستقبل. لقد ابتلعت درب التبانة مؤخرًا مجرة قزم سهم؛ وهي ربما في طور ابتلاع سحابة ماجلان الكبيرة والصغيرة (التي تمزقها الجاذبية بالفعل)؛ وهي في مسار اصطدام مع المجرة الكبرى الأخرى في مجموعتنا المحلية: أندروميدا.
لا شكّ في أن سلسلة الاندماجات وجذب المادة بين المجرات تدريجيًا مسؤولتان معًا عن تشكيل معظم المجرات المعاصرة. لكن السؤال المحدد حول كيفية نشوء درب التبانة، يبقى سؤالًا مفتوحًا تمامًا.
يوجد أكثر بقليل من 150 عنقودًا كرويًا مُحددًا داخل 200,000 سنة ضوئية من مركز المجرة، مع وجود خمس أو ستة إضافية يمكن العثور عليها إذا ضاعفنا نصف قطر هذا البحث. في حين أن معظمها تشكل مع درب التبانة، فإن جزءًا كبيرًا لم يشكل معها.
ذلك مع ذلك، هناك مجموعة لافتة للنظر من الأجسام التي تشكلت منذ زمن بعيد. فهذه الأجسام قادرة على الكشف عن وفرة من المعلومات حول تاريخ مجرتنا: عناقيد الكروية. تحتوي درب التبانة على ما يقرب من ~150 عنقودًا كرويًا، وهو عدد نموذجي نسبيًا – وإن كان ربما منخفض القيمة نوعًا ما – مقارنة بما هو متوقع لمجرة بحجمنا وكتلتنا. أما عمالقة الكون الأكبر، مثل المجرة في قلب عنقود العذراء، M87، فقد تحتوي على عشرات الآلاف من عناقيد الكروية، بينما قد تحتوي المجرات القزمة المصاحبة على عدد قليل فقط.
وتتلخص أسباب إثارة عناقيد الكروية للإعجاب فيما يلي.
> alt=”Image 6″>
“`html
يُوجد قليلٌ فوق 150 عنقود كروي مُحدد داخل 200,000 سنة ضوئية من مركز المجرة، مع وجود خمسة أو ستة إضافية يمكن إيجادها إذا ضاعفنا نصف قطر هذا البحث. في حين أن معظمها تشكل مع درب التبانة، فإن جزءًا كبيرًا لم يتشكل معها.
هذه أنظمة معزولة، حيث تشكل جميع النجوم الموجودة بداخلها تقريبًا في انفجار هائل واحد: في وقت واحد.
إنها في الغالب قديمة جدًا، حيث تتراوح النجوم “الشابة” بين 7 و 10 مليارات سنة، والنجوم “القديمة” بين 12 و 13.5 مليار سنة.
تتفاوت كتلتها في نطاق ضيق، وعادة ما تحتوي على ما بين بضع مئات الآلاف إلى بضع عشرات الملايين من النجوم.
كما أنها صغيرة جدًا من حيث الامتداد الجسدي: حيث تقع جميع نجومها ضمن بضع عشرات من السنين الضوئية من مركز العنقود.
تتباين كثافة النجوم فيها، حيث تكون بعضها منتشرة وكأنها “بدون قلب”، بينما تكون أخرى كثيفة للغاية في المركز و قليلة الكثافة نحو الأطراف.
ربما الأهم من ذلك، أنها كيانات فقيرة من حيث المعادن، حيث تتمتع النجوم الموجودة بداخلها بنسبة تقريبية متشابهة من العناصر غير الهيدروجين والهيليوم، ولكنها يمكن أن تختلف من عنقود كروي لآخر، حتى داخل نفس المجرة.
“`
إنّ طريقة تحديد أعمار مجموعات النجوم الكروية مثيرة للاهتمام ومفيدة للغاية. لكل نجم خاصيتان سهلتان القياس: اللون والسطوع. إذا أخذنا جميع النجوم داخل مجموعة، سواء كانت مجموعة كروية أو مجموعة مفتوحة من النجوم، فيمكننا رسمها معًا على مخطط لون-مقدار، يُعرف باسم مخطط هرتزشبرونغ-راسل (HR) مخطط بلغة علماء الفلك. عادةً ما يكون السطوع/القدر الظاهري على المحور الرأسي، حيث تكون النجوم الأكثر سطوعًا أعلى، واللون على المحور الأفقي، حيث تكون النجوم الزرقاء على اليسار والنجوم الحمراء على اليمين.
عندما تولد النجوم، تتبع منحنىً “على شكل ثعبان” من الزاوية العلوية اليسرى، حيث تجد النجوم الساخنة، الساطعة، الزرقاء، إلى الزاوية السفلية اليمنى، حيث تجد النجوم الباردة، الخافتة، الحمراء. والآن، إليك المفاجأة: سبب اختلاف خصائص النجوم على طول هذا المنحنى هو اختلاف كتلها. فقد تبين أن الكتلة هي العامل الرئيسي المحدد في لون النجم وسطوعه طالما أنه يُدمج الهيدروجين إلى الهيليوم في مركزه.
الكتلة هي أيضًا العامل الرئيسي المحدد لمدى عمر النجم، وهذا يعني أنه مع تقدم عمر النجوم في عنقود، فإن النجوم الأكثر كتلة هي التي تنفد وقودها في مركزه أولاً. ومع تقدم عمر هذه العناقيد، فإن النجوم الأكثر كتلة تتطور خارج هذا الخط المتموج أولاً. لذلك، إذا تمكنا من تحديد نقطة “الانطفاء” لعناقيد، يمكننا تحديد عمرها بدقة عالية إلى حد ما.
عندما تتشكل النجوم لأول مرة، يبدو مخطط اللون-القدرة (مع السطوع على المحور الرأسي واللون على المحور الأفقي) وكأنه خط منحني، من أسفل اليمين إلى أعلى اليسار. مع تقدم عمر النجوم، تتطور النجوم الأكثر إشراقًا، والأزرق، والأكثر كتلة، بعيدًا عن هذا المنحنى أولاً. يُمكن تحديد النقطة التي يحدث فيها هذا “الانطفاء” من أجل تمكين علماء الفلك من تحديد أعمار مجموعات النجوم الموجودة بداخلها.
من بين الأمور المثيرة للاهتمام التي نلاحظها عند النظر في مجموعات النجوم الكروية في درب التبانة – وهي مجموعات قريبة بما يكفي عادةً لقياس لون وسعة النجوم الفردية بداخلها – نجد شيئًا مثيرًا للاهتمام. نعم، تتكون معظم المجموعات من نجوم قديمة جدًا: نجوم عمرها 12 مليار سنة أو أكثر. ومعظم المجموعات المركزة نحو مركز المجرة تحتوي على كميات أكبر من العناصر الثقيلة من تلك المركزة بعيدًا نحو أطراف المجرة.
ها هنا تبدأ الأمور بالتشويق. إذا كانت مجرتك تُشكل عناقيد كروية بسبب سحبها للمادة، وفي منطقة من الفضاء، تراكمت كمية كبيرة في مكان واحد أدت إلى تشكيل عنقود كروي، فمن المتوقع أن يبقى هذا العنقود الكروي تقريبًا في نفس المدار الذي تشكل فيه. نعم، سيمر عبر مستوى المجرة، وسيخضع لتفاعلات جاذبية، وسيُفقد كتلة (ونجومًا) بمرور الوقت، ولكن تلك التي تبقى سليمة ستحتفظ بخصائص مداراتها العامة بالنسبة للمجرة.
ومع ذلك، إذا كانت مجرتك تُستهلك مجرات أخرى، والتي تمتلك عناقيد كروية خاصة بها، فيجب أن تكون مداراتها – على الأقل، في المتوسط – مختلفة للغاية. إذا تمكنا من تحديد هذه الأنواع من الاختلافات بين مجموعات مختلفة من العناقيد الكروية داخل مجرتنا، فقد نتمكن حتى من تحديد ما إذا كانت أصلية من درب التبانة، بمعنى ما، أم أنها نتيجة لتناول مجرة مصاحبة.
تصور فني لذيلَيْ القزم المُجَاوِر لـ سُهيل (العُنقُود البرتقالي في يسار الصورة) يدوران حول درب التبانة. الدائرة الصفراء المُشرقة إلى يمين مركز المجرة هي شمسنا (غير مُقيَّسة). يقع مجرة القزم المُجاوِر لـ سُهيل على الجانب الآخر من مجرتنا، لكننا نستطيع رؤية ذيول المدّ والجزر من النجوم (البيضاء في هذه الصورة) تمتد عبر السماء بينما تُحيط بِمجرتنا. اندمجت هذه المجرة مع درب التبانة قبل حوالي 7 مليارات عام.
من بين “الابتلاعات” التي حدثت، لا نزال نرى دليلًا على أحد أحدثها: ابتلاع درب التبانة لمجرة ساجيتاريوس القزمة. لا يزال قلب هذه المجرة موجودًا، على الرغم من أن معظم ما تبقى منها امتدّ إلى مجموعة ضخمة من سُحب النجوم. لكن، والأهم من ذلك، لا تزال تمتلك سلسلة من عناقيد الكروية التي يجب أن تكون قد تشكلت معها، وليس مع درب التبانة الخاصة بنا.
باستخدام المحاكاة والتقنيات الحاسوبية الحديثة، بذل الباحثون في عام 2020 جهدًا رائدًا لاستخدام مجموعتنا من العناقيد الكروية لمحاولة إعادة بناء تاريخ اندماج درب التبانة. تتشكل وتتطور العناقيد الكروية مع مجراتها، مُحافظَةً على خصائص تُطبع تاريخ المجرة المضيفة عليها. وعندما تحدث عمليات الاندماج بين المجرات، تُنتشر العناقيد الكروية في المجرة الجديدة، مع خواص مدارية يجب أن تختلف اختلافًا كبيرًا عن العناقيد الكروية التي تشكلت داخل المجرة الرئيسية نفسها.
وبشكلٍ خاص، ما وجدوه كان مُذهلاً: كان هناك سلسلة من (على الأقل) خمسة اندماجات طفيفة حدثت طوال تاريخ درب التبانة، وقد أدخلت هذه الاندماجات ما يقرب من ثلث العناقيد الكروية المعروفة حاليًا في درب التبانة.
تاريخ اندماج درب التبانة المُعاد بناؤه، إلى جانب الكتلة النجمية المضافة إلى مجرتنا وعدد العناقيد الكروية المنشأ من كل اندماج، كما حددته الدراسة المرتبطة لعام 2020.
انضمت مجرة القوس القزمة إلينا قبل حوالي 7 مليارات سنة، مُجِيبةً معنا على الأقل 7 عناقيد كروية.
قبل حوالي 9 مليارات سنة، انضمت مجرة جايا-إنكليدوس إلينا، مُجِيبةً معنا على الأقل 20 عنقودًا كرويًا هائلاً. من بين جميع المجرات التي اندمجت مع درب التبانة في الماضي، كانت هذه المجرة هي الأكثر ضخامة.
قبل قليل من ذلك، قبل حوالي 9.3 مليارات سنة، انضمت مجرة السيكويا إلينا، مُضافةً على الأقل 3 عناقيد كروية إلى درب التبانة.
قبل أكثر بقليل من 10 مليارات سنة، دخلت مجرة معروفة فقط ببقاياها النجمية الضعيفة، تيارات هلمي، درب التبانة، مُجِيبةً معنا على الأقل 5 عناقيد كروية.
لكن الاندماج الأقدم الذي يمكننا تحديده كانت مجرة انضمت إلينا قبل حوالي 11 مليار سنة: مجرة الأخطبوط. جلبت معنا على الأقل 13 عنقودًا كرويًا، لا يزال موجودًا في مجرتنا حتى اليوم.
على الرغم من أن مجرة جايا-إنسيليدوس كانت الأكثر كتلةً من بين الخمس، إلا أن دخولها منذ تسعة مليارات عام يعني أن درب التبانة نفسه قد نما بشكل كبير — بنحو عامل ٤ أو ٥ — منذ اندماج الكراكن. مقارنةً بحجم درب التبانة المتنامي، كان الكراكن على الأرجح أكبر اندماج عاشته مجرتنا، حيث احتوى على ما يُقدر بـ ٣-٤% من نجوم درب التبانة و ٩-٢٠% من كتلته في ذلك الوقت. من بين جميع المجرات التي اندمجنا معها بشكلٍ مُحدد، لعبت مجرة الكراكن المبكرة على الأرجح الدور الأكبر في تشكيل التاريخ التطوري لبيئتنا الكونية.
يوضح هذا التوضيح اندماج مجرتين متساويتين في الكتلة تقريبًا في الكون المبكر: قبل حوالي 10 مليارات سنة. تمثل النقطتان الساطعتان مجرات نجمية، رصدها هابل لأول مرة كـ “مجرتين نجميتين مزدوجتين” في هذا العصر المبكر في عام 2019 ثم مرة أخرى في عام 2020.
الاعتراف: ناسا، وكالة الفضاء الأوروبية، وجيه أولمستيد (STScI)
بشكل عام، كشف دراسة عن مجموعات النجوم الكروية في درب التبانة، لأول مرة، عن تاريخ اندماج مجرتنا. يمكن ربط التيارات النجمية والمجموعات الكروية المتبقية من هذه الأحداث معًا، مما يكشف عن أصل كل مجموعة كروية من أي اندماج. بالإضافة إلى ذلك، من المحتمل أن تحمل جميع الاندماجات الخمسة المميزة، مجتمعة، ما يقرب من مليار كتلة شمسية من النجوم إلى المجرة.
هذا جزءٌ وسطانيٌّ من مقالٍ أوسع.
المحتوى: “
هذا مُعلّمٌ بشكلٍ مُذهلٍ، يُعلّمنا أنّ اندماج المجرات القديمة مع درب التبانة ربما جلب ثُلث مجموعاتنا الكروية، لكنها لم تُضيف سوى 1% من نجومنا. أكبر اندماجٍ محتمل، على الأكثر، كان أقلّ من ~20% من كتلة درب التبانة في ذلك الوقت. والأهم من ذلك، يُقدّم الإجابة الأولى على أحد أسئلة الكون المُلحّة: كيف نمت درب التبانة؟ على الرغم من حدوث الاندماجات بالتأكيد ولعبها دورًا في تشكيل وتنمية مجرتنا، فإنّ معظم النمو الذي حدث كان ببساطة نتيجة للتراكم التدريجيّ والجاذبيّ للمادة. في حين أن الاندماجات الكبيرة ربما كانت مسؤولة عن نموّ المجرات الأكثر ضخامة على الإطلاق، فإنّ درب التبانة تحمل درسًا رائعًا لمناظرتنا الكونية. عندما يتعلق الأمر بمنزلنا المجري، فإنّ البطيء والثابت حقًا قد فاز في السباق.
نُشر هذا المقال لأول مرة في كانون الأول/ديسمبر 2021. تم تحديثه في 2024.
”
“`html
اشتراك في نشرة البداية مع انفجار
اسافر عبر الكون مع الدكتور إيثان سيجل بينما يجيب على أكبر أسئلة الكون
”