تأتي الصورة أعلاه من مجال هابل العميق المتطرف: ببعض النواحي، لا يزال أعمق رؤية للإنسانية للكون على الإطلاق. بجمع الملاحظات من موجات طولية مختلفة تشمل الأجزاء فوق البنفسجية، والبصرية، وقريبة من تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي، فهي تمثل إجمالي 23 يومًا من وقت الملاحظة.
في هذه المنطقة الصغيرة من السماء، التي تغطي جزءًا يساوي 1/32,000,000 من جميع الفضاء الذي يمكننا الوصول إليه، يمكننا مراقبة عدد هائل من المجرات على مسافات متنوعة منا. وتشمل هذه:
عندما نحصيها جميعًا، بغض النظر عن مكان وجودها أو الخصائص التي تمتلكها، نجد أن هناك ٥٥٠٠ مجرة فريدة يمكن تحديدها في هذه المنطقة الصغيرة من السماء. إذا استنتجنا ما رأيناه في هذه المنطقة الصغيرة وكأنها “نموذجية”، فسنجد أن هناك أكثر من ١٧٠ مليار مجرة متوقعة في الكون الكامل المرئي. بفضل أعين تلسكوب جيمس ويب الفضائي، اكتشفنا المزيد من المجرات، حيث ظهرت العديد من المجرات التي كانت باهتة للغاية أو حمراء للغاية لدرجة عدم رؤيتها بواسطة هابل.
رغم أن بعض مناطق الفضاء غنية بالمجرات القريبة بينما البعض الآخر فقير نسبياً، فإن كل شريحة افتراضية من السماء تسمح لنا بالاستيلاء على أجسام من مسافات مختلفة تمامًا طالما أن ملاحظاتنا دقيقة بما يكفي لكشفها. الأجسام الأقرب والأكثر إشراقًا هي الأسهل في التحديد، لكن القصة الكونية بأكملها تُروى عبر السماء بأكملها، ويجب رصدها بعمق وعبر العديد من الأطوال الموجية من أجل الكشف عن مدى ما هو موجود حقًا.
الائتمان : ESO/INAF-VST/OmegaCAM. الشكر: OmegaCen/Astro-WISE/معهد Kapteyn
“`
بالتأكيد، لا ينبغي أن نعتبر هذه الأرقام تقديرًا لعدد المجرات في الكون؛ بل ينبغي أن ننظر إليها كحد أدنى فقط. يجب أن يكون هناك على الأقل عدد المجرات يساوي أو يفوق ما استطعنا استنتاجه مما لاحظناه بالفعل، ولكن يجب أن يكون هناك المزيد. هناك، خارج حدود ما تمكنت أفضل تلسكوباتنا من كشفه لنا، يجب أن تكون هناك مجرات صغيرة جدًا، ضعيفة جدًا، بعيدة جدًا، أو معتمة جدًا بحيث لا نستطيع رؤيتها حتى الآن.
في غياب البيانات اللازمة، من المنطقي فقط تشغيل محاكاة — بناءً على المحتويات المعروفة للكون — لاستنتاج ما ينبغي أن تكون عليه مجموعات هذه الأجسام المفقودة. من خلال الجمع بين ما لاحظناه بالفعل مع سلوك المادة المظلمة والمادة العادية على جميع المقاييس، بالإضافة إلى معرفة تجميع المجرات وتاريخ تشكل الهياكل الكبيرة، يجب أن نكون قادرين على إجراء استنتاجات مدروسة حول ما هو موجود هناك أيضًا.
على الرغم من أن أقصى نهاية الطيف المجري الباهتة هي الأكثر غموضًا (أي، حيث توجد أصغر المجرات وأقلها كتلة)، فقد استُخدمت هذه التقنية خلال السنوات القليلة الماضية لإنتاج تقديرٍ أفضل: أن هناك تريليونين من المجرات هناك في الكون المُرصود وحده.
حجم كوننا المرئي (أصفر)، إلى جانب الكمية التي يمكننا الوصول إليها (بنفسجي) إذا انطلقنا اليوم في رحلة بسرعة الضوء. الحد الأقصى للكون المرئي هو ٤٦.١ مليار سنة ضوئية، حيث إنه الحد الأقصى لمدى بعد جسم أصدر ضوءًا سيصل إلينا اليوم فقط بعد أن ابتعد عنا لمدة ١٣.٨ مليار سنة. أي شيء يحدث الآن ضمن نطاق 18 مليار سنة ضوئية منا، سيصل إلينا وسيؤثر علينا في النهاية؛ أي شيء يتجاوز هذه النقطة لن يصل إلينا ولن يؤثر علينا. كل عام، يمر حوالي ٢٠ مليون نجم من عتبة ما هو قابل للوصول إلى ما هو غير قابل للوصول إليه.
معتمد : أندرو ز. كولفين وفريدريك ميشيل، كومنز ويكيميديا؛ تعليقات: إي. سيجل
لكن هل هذا التقدير صحيح على الإطلاق؟
هناك ثلاثة أدلة يمكننا استخدامها للتحقق من تقديراتنا لكيفية كون الكون في الواقع، خاصةً في الطرف الخافت، ذي الكتلة المنخفضة من الطيف المجري. الأول يتعلق بتكوين النجوم، وكيف تشكلت النجوم عبر الزمن الكوني. عندما ننظر إلى النجوم الجديدة التي تتشكل في الكون، هناك آليتان رئيسيتان لتكوينها.
من الغاز الموجود بالفعل أو الممتص في مجرة منتظمة، عادةً ما تكون حلزونية الشكل.
من اندماج مجرات متعددة، عادةً ما ينتج عنه مجرة غير منتظمة تشكل نجومًا.
في الكون المجاور، تأتي الكواكب النجمية الجديدة (بما يتجاوز 90٪) تقريبًا من الغاز داخل المجرة. كلما نظرنا أبعد وأبعد، وحتى ربما ما يقرب من 2 مليار عام بعد الانفجار العظيم، لا يزال تشكل النجوم من الغاز سائدًا، لكن الاندماجات الآن تمثل ما بين 25-50٪ من النجوم الجديدة المتكونة. لكن خلال المليار الأول من السنين بعد الانفجار العظيم، ساهمت الاندماجات تقريبًا في جميع النجوم الجديدة التي تشكلت.
هذا يدل على أنه في المراحل الأولى جدًا من الكون، اندمجت المجرات الصغيرة ذات الكتلة المنخفضة في البداية بشكل متكرر للغاية، لكن هذا أصبح أقل شيوعًا وأقل أهمية لتكوين النجوم في الكون مع مرور الوقت. على الرغم من أن الاندماجات الكبيرة لا تزال تحدث أحيانًا، إلا أنها لم تعد مسؤولة عن غالبية تكوين النجوم في الكون.
يسود مجرتنا المحلية مجرتا أندروميدا درب التبانة، لكن لا يمكن إنكار أن أندروميدا هي الأكبر، ودرب التبانة هي الثانية، ومجرة مثلث هي الثالثة، ومجرة السحابة الكبيرة هي الرابعة. بمسافة 165,000 سنة ضوئية فقط، فهي الأقرب على الإطلاق بين أكبر 10 مجرات تقريبًا من مجرتنا، وبالتالي فهي تشغل أكبر مساحة زاوية في السماء من بين جميع المجرات خارج درب التبانة. يوجد أكثر من 100 مجرة داخل المجرة المحلية، لكن أندروميدا ودرب التبانة تحتويان على معظم النجوم، وكذلك معظم الكتلة.
تصميم : أندرو ز. كولفين/ويكيميديا كومنز
“`
الشيء الثاني الذي يمكننا فعله هو النظر حولنا، هنا، في مجموعتنا المحلية. قبل حوالي عشرين عامًا فقط، كنا نعلم بحوالي 50 إلى 60 مجرةً داخل المجموعة المحلية. (بعض المصادر الحديثة [[LINK33]] لا تزال تستخدم هذه التقديرات القديمة[[LINK33]].) حيث تهيمن مجرة أندروميدا و درب التبانة، وتضم المجموعة المحلية أيضًا مجرة مثلث كأحد أعضائها الثلاثة الأكبر، تليها سحابة ماجلان الكبيرة في المرتبة الرابعة.
على الرغم من أن المجموعة المحلية تمتد لمسافة حوالي 4 إلى 5 ملايين سنة ضوئية من منظورنا داخل درب التبانة، إلا أننا نعلم الآن وجود أكثر من 110 مجرة داخل مجموعتنا المحلية [[LINK34]]، مدعومة إلى حد كبير باكتشافات مجرات باهتة للغاية حديثًا، والتي تتكون مع ذلك من مجموعة ذاتية من النجوم التي تشكلت منذ مليارات السنين، متماسكة بواسطة تأثيرها الجاذبي الخاص. وقد تبين أن العديد منها تحتوي على كميات وفيرة من المادة المظلمة، والأغلبية الساحقة منها قريبة جدًا من درب التبانة لدينا.
ما زلنا نتعلم ما هي مجموعات النجوم التي تنتمي إلى درب التبانة الخاصة بنا، وما هي المجرات المستقلة، ولكن قد يكون هناك ما يصل إلى 100 مجرة صغيرة ذات كتلة منخفضة لكل مجرة تشبه درب التبانة في الكون.
سواءً نظرنا إلى الأقمار الصناعية التي تدور حول الكواكب، أو الكواكب التي تدور حول النجوم، أو النجوم التي تتحرك حول المجرة، أو المجرات التي تتحرك داخل عنقود المجرات، فإن تأثيرات الجاذبية هي التي تُبقي هذه الأجسام تتحرك في مدارات مقيدة ومستقرة. يقيس قياس خصائص الأجسام المدارية يساعد على الكشف عن كتلة، والآثار الكلية للجاذبية، لجميع أنظمة المقاييس الكبيرة هذه.
رصيد : توني ودافني هالاس/Astrophoto.com
والشيء الثالث الذي يمكننا فعله هو النظر – سواءً بالقرب أو ببعض البعد – إلى نظائر درب التبانة التي نستطيع رؤيتها، ومحاولة قياس عدد المجرات الصغيرة الخافتة القريبة الموجودة في محيطها.
عندما نقوم بذلك، بالنسبة لأقرب المجرات الحلزونية الأكثر إشراقًا، التي تقارب حجمًا وكتلة درب التبانة، نجد ما يقرب من 30 مجرة قزمية أضعف وأصغر بالنسبة لتلك التي يمكننا إجراء قياسات أكثر دقة لها. كلما اقتربت مجرة تشبه درب التبانة، أصبح من الأسهل على أدواتنا تحديد مجموعات مستقلة تنتمي إلى مجرتها الخاصة، منفصلة عن المجرة السائدة (حجم درب التبانة) التي تتشابك معها جاذبيًا.
لكن كلما ابتعدنا أكثر، أصبح من الأصعب تحديد مثل هذه المجرات القزمية. قد تحتوي نظائر درب التبانة البعيدة على 10 مجرات قزمية فقط، مع انخفاض هذا العدد، بحلول الوقت الذي نصل فيه إلى بضعة مئات من ملايين السنين الضوئية، إلى 0.6 مجرة قزمية مُحددة فقط بالنسبة لأبعدها حيث يمكن تحديد مثل هذه المجرات القزمية.
الآن، ها هنا يجب علينا أن نكون حذرين. ماذا نتعلم عندما نجمع:
ما نعرفه عن تشكل الهياكل الكبيرة على نطاق واسع،
مع أبعد المجرات المُنتجة للنجوم التي رأيناها،
مع المعلومات من مجموعتنا المحلية ومجراتها الصغيرة،
إلى جانب المعلومات من مجرات تشبه درب التبانة القريبة والبعيدة؟
“`html
عرضٌ مُحاكَىٌ لنفسِ جزءٍ من السماء، وبنفسِ زمنِ الرصد، مع كلّ من تلسكوب هابل (يسار) والهيكل الأولي لتلسكوب LUVOIR (يمين). والفارق مذهلٌ، ويمثّل ما يمكن أن تقدّمه العلوم ذات النطاق الحضاري: دقةٌ تبلغ بضع مئاتٍ من السنين الضوئية لكلّ بكسلٍ من كلّ جسمٍ في الكون. وسيكشفُ هذا عن العديد من المجرات التي يُشتبه بوجودها، ولكنها تتجاوز مدى تلسكوب هابل.
رصيدٌ : ج. سنيدر (STScI)/م. بوستمان (STScI)
“`
يخبرنا ذلك بأنّ المجرات المُتشابهة مع درب التبانة الكبيرة واللامعة التي نراها هناك، ليست إلّا قمة الجبل الجليدي الكوني المُجازي. قد نكون نرى أكبر المجرات وألمعها، والتي تحتوي على أكبر عدد من النجوم، وتتميز بأعلى معدلات تشكل النجوم الجديدة، ولكننا نفتقد المجرات الأصغر والأقل سطوعًا، والأقل كتلة، التي تُشكل الغالبية العظمى من المجرات في الكون.
يخبرنا ذلك بأنّ كلما نظرنا أبعد، كلما ازداد عدد المجرات الأصغر، والأقل كتلة، والأقل سطوعًا التي نتوقع وجودها، ولكننا في الواقع نرى عدداً أقل من المجرات الصغيرة، ذات الكتلة المنخفضة، والضعيفة الإضاءة التي ينبغي أن تكون موجودة.
وإذا لم نعتمد ببساطة على ما تظهره لنا الملاحظات المباشرة (من حقل هابل العميق المتطرف، على سبيل المثال) أو المحاكاة، بل استخدمنا ما نلاحظه حول المجرات القريبة وأقمارها الصغيرة الخافتة ذات الكتل المنخفضة لتشكيل استنتاجاتنا، نجد أن “مليارات ومليارات” أو حتى تريليونين من المجرات منخفضة للغاية.
بدلاً من ذلك، استنادًا إلى ما نراه حول نظائر درب التبانة القريبة، يجب أن يكون هناك ما لا يقل عن تريليون مجرة موجودة داخل الكون المرئي، ومن المرجح أن يكون الرقم الذي يقارب ~20 تريليون – مع حوالي 100 مجرة صغيرة من الأقمار الصناعية لكل مجرة تشبه درب التبانة هناك، طوال الزمن الكوني – تقديرًا أفضل.
لا يتجاوز عدد النجوم في مجرتي قزم ساج 1 وساج 3 مجتمعتين حوالي 1000 نجم، حيث تبلغ كتلة المجرة الأخيرة من حيث الجاذبية حوالي 600 ألف شمس. تمت الإشارة إلى النجوم المكونة لمجرة القزم المصاحبة ساج 1 هنا بشكل دائري. مع اكتشافنا للمجرات الأصغر والأضعف، التي تحتوي على عدد أقل من النجوم، نبدأ في إدراك مدى شيوع هذه المجرات الصغيرة، بالإضافة إلى مدى ارتفاع نسبتها من المادة المظلمة إلى المادة العادية؛ فقد توجد ما يصل إلى 100 مجرة من هذا النوع لكل مجرة تشبه درب التبانة، مع تفوق المادة المظلمة على المادة العادية بمئات أو حتى آلاف المرات.
اعتراف : ميرلا جيه/مرصد كيك
إذا كان هناك ما بين 6 و 20 تريليون مجرة في الكون، فقد تتساءل عما يعنيه ذلك بالنسبة لعدد النجوم الكلي في الكون. هل أفضل تقديراتنا أدت إلى التقليل من هذا العدد أيضًا؟
الجواب، بشكلٍ ملحوظ، يبدو أنه “لا”. في مجرة كبيرة بحجم درب التبانة، يوجد مئات المليارات من النجوم اليوم، وحتى في المراحل المبكرة من الكون، كانت أسلافها تحتوي على مئات الملايين إلى مليارات من النجوم. المجرات التي لا نزال نفتقدها، خاصةً من ناحية أقل الكتل، لا تحتوي كل منها على أكثر من بضع عشرات الآلاف من النجوم، مع أصغرها تحتوي على بضع آلاف أو ربما بضع مئات فقط من النجوم داخلها. بشكلٍ عام، لا يزال هناك حوالي 2 ستينليون (2 × 1021 ) نجمًا في الكون؛ المجرات الإضافية لا تضيف سوى حوالي 0.01% إلى العدد الإجمالي للنجوم الموجودة.
صحيح أن هناك مئات المليارات من النجوم داخل درب التبانة، التي هي مجرد مجرة واحدة من بين تريليونات — على الأرجح بين 6 و 20 تريليونًا — في هذا الكون الهائل المتوسّع. ولكن على الرغم من أننا نرى فقط طرف جبل الجليد الكوني حتى مع أقوى وأفضل المراصد اليوم، فإننا حقًا نلتقط معظم النشاط النجميّ الذي يوجد في جميع أنحاء كَونِنا. مع ظهور تلسكوب جيمس ويب الفضائي ، نحصل أخيرًا على التأكيد الرصدي لـ هذه المجرات البعيدة الضعيفة من النوع المبكر التي نعلم أنها يجب أن تكون موجودة. لا يمكن للكون، مهما تصوّرناه أو أخطأنا في تصوّره، إخفاء حقائقه عندما يواجه بياناتٍ متفوقة.
يُقرّ المؤلفُ بإِشادةٍ بـ إريك بيل وكريس كونسيليس على مُحادثاتهم المُفيدة في اجتماع الجمعية الفلكية الأمريكية الـ 240 الذي ساهم في صياغة الاستنتاجات الواردة في هذا المقال. نُشر هذا المقال لأول مرة في حزيران/يونيو من عام 2022، وتم تحديثه في عام 2024.
اشترك في نشرة “يبدأ من الانفجار”
اسافر عبر الكون مع الدكتور إيثان سيجل حيث يجيب على أهم الأسئلة على الإطلاق
ملاحظة: يتطلب هذا المحتوى جافاسكريبت.
“`html
“`
المصدر: المصدر
Related