يجد علماء الفلك “مجموعة صغيرة” من المجرات التي يمكن أن تحطم النماذج الكونية

“مجموعة صغيرة” من المجرات قد تتحدى النماذج الكونية

بقلم لي بيلينغز حرره كلارا موسكوفيتش

اكتشف علماء الفلك “عنقودًا صغيرًا” من المجرات ناضجًا بشكل غامض في الكون المبكر، بعد مليار سنة تقريبًا من الانفجار الأعظم. على الرغم من أنها ليست عنقودًا مجريًا مكتمل النمو، إلا أنها لا تزال أكبر حجمًا وأكثر تقدمًا من الناحية التنموية مما يمكن أن تفسره معظم النماذج بسهولة، وقد تكون أيضًا الأبعد على الإطلاق. تم الكشف عنه باستخدام مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا وتلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، وتم الإعلان عن المكانة الغريبة للمجموعة الأولية الأسبوع الماضي في دراسة نشرت في طبيعة.

تقول إيلينا راسيا، عالمة الفيزياء الفلكية بجامعة ميتشيجان، والتي لم تكن جزءًا من العمل: “غالبًا ما يُشار إلى مجموعات المجرات على أنها تقع على مفترق الطرق بين الفيزياء الفلكية وعلم الكونيات”. إنها مختبرات طبيعية لدراسة كيفية تفاعل المجرات وكيفية نمو الثقوب السوداء الهائلة. إن تتبع كيفية تجمع العناقيد عبر مساحات شاسعة من الزمان والمكان يُعلمنا أيضًا معرفتنا بالشبكة الكونية والمعلمات الكونية التي تشكلها. يقول راسيا إن هذه المجموعة الأولية الفريدة حتى الآن يمكن أن تكون مهمة من كلا المنظورين.

سُميت JADES-ID1 لموقعها ضمن المسح المتقدم العميق خارج المجرة (JADES) التابع لـ JWST، وقد تم الإبلاغ عن المجموعة الأولية لأول مرة إلى جانب حوالي عشرين جسمًا مرشحًا آخر للكون المبكر في دراسة منفصلة نُشرت العام الماضي. تشير بيانات تلسكوب جيمس ويب الفضائي إلى أن JADES-ID1 يحتوي على ما لا يقل عن 66 مجرة ​​شابة، وتقيس هذه الدراسة الأخيرة الكتلة الأولية باعتبارها أكبر بحوالي 20 تريليون مرة من نظامنا الشمسي. معظم هذه الكتلة هي في شكل مادة مظلمة غير مرئية، ولكن كما كشف شاندرا، فإن الكتلة الأولية مدمجة أيضًا في سحابة هائلة من الغاز الساخن المتوهج بالأشعة السينية.

حول دعم الصحافة العلمية

إذا كنت تستمتع بهذا المقال، فكر في دعم صحافتنا الحائزة على جوائز من خلال الاشتراك. من خلال شراء اشتراك، فإنك تساعد على ضمان مستقبل القصص المؤثرة حول الاكتشافات والأفكار التي تشكل عالمنا اليوم.

يقول مؤلف الدراسة الرئيسي آكوس بوجدان، عالم الفيزياء الفلكية في مركز الفيزياء الفلكية، إن بيانات تشاندرا كانت حاسمة لتأكيد صحة المجموعة الأولية. هارفارد وسميثسونيان. يتم سحبها بواسطة مجال الجاذبية الهائل لمجموعة المجرات، مما يؤدي إلى أكوام الغاز المتساقطة وتوليد موجات صدمية، مما يؤدي إلى تسخينها إلى ملايين الدرجات وإنشاء وهج الأشعة السينية؛ يطلق علماء الفلك على هذا “الغلاف الجوي” المنتشر بين المجرات اسم الوسط داخل العنقود، وهو عادة علامة على وجود نظام ناضج ومستقر. ومع ذلك، بالنسبة لـ JADES-ID1، فإنه يُظهر بدلاً من ذلك مجموعة صغيرة تنمو بسرعة عن طريق التهام الغاز المحيط بها – قبل حوالي ملياري سنة من انفجار الكتلة الأولية السابقة للأشعة السينية التي تحمل الرقم القياسي على المسرح الكوني.

يقول بوجدان: “إن JADES-ID1 هو في الواقع أحدث مجموعة من الكواكب ذات غلاف جوي ينبعث منه الأشعة السينية”. “وهذا الاكتشاف يدفع حدود الكتلة الأولية للأشعة السينية إلى حد كبير، كثيراً مرات سابقة من الأمثلة السابقة “. ونظرًا للكتلة الهائلة المستنتجة لـ JADES-ID1 والرقعة الصغيرة جدًا من علماء الفلك الذين شملهم الاستطلاع للعثور على هذا الجسم، يضيف: “إما أننا كنا محظوظين للغاية (لرؤيته) أو أننا نلتقط منطقة من الكون تنمو بسرعة غير عادية”.

تتنبأ النماذج القياسية لتكوين الكتلة بأن شيئًا بهذا الحجم لا ينبغي أن يوجد في وقت مبكر جدًا من تاريخ الكون. وبافتراض أنها واصلت نموها المذهل إلى الأمام في العصور الكونية الأحدث، فإن JADES-ID1 سيصبح في النهاية مجموعة مجرية كبيرة الحجم ومكتملة النمو بشكل غير طبيعي. ولكن يبقى أن نرى ما إذا كان وجود هذه المجموعة الأولية الضخمة يتطلب بالفعل إعادة كتابة الكتب المدرسية.

يقول كلاوس دولاج، عالِم الفيزياء الفلكية الحاسوبية بجامعة لودفيغ ماكسيميليان في ميونيخ، والذي لم يكن جزءًا من دراسات JADES-ID1: “صحيح أننا لا نفهم تمامًا كيف يمكن لمثل هذه الهياكل أن تتشكل وتبدو متقدمة جدًا في وقت مبكر جدًا”. لكن دولاغ يضيف: “ربما تكون لدينا بالفعل بعض المؤشرات عما يحدث هنا”.

في دراسة أجريت عام 2023، أجرى دولاج وزملاؤه عمليات محاكاة قوية لتجميع الكتلة الأولية بعد حوالي نصف مليار سنة فقط من JADES-ID1، ووجدوا أن العديد من تلك الأجسام الافتراضية قد طورت أجواءً من الأشعة السينية يمكن اكتشافها بحلول ذلك الوقت. لكن من بين أكبر وأقدم العناقيد المجرية في دراسة 2023، لم يتحول أي منها إلى عناقيد مجرية كبيرة الحجم مع تقدم المحاكاة في الكون الحديث. وبدلاً من ذلك تباطأ نموها مع نضجها واستنفاد الخزانات المتاحة من الغاز المحيط بها. يقول دولاغ إنه إذا كان السلوك نفسه ينطبق على JADES-ID1، فإن حجمه الضخم الذي تم رصده مبكرًا سيكون أقل غموضًا.

يشير ستيفانو بورغاني، عالم الفيزياء الفلكية في جامعة تريست في إيطاليا، والذي لم يكن جزءًا من أي من هذه الدراسات، إلى أنه نظرًا لأن اكتشاف الأشعة السينية الصادرة عن JADES-ID1 وغيره من التجمعات الأولية المبكرة يدفع تشاندرا إلى أقصى حدوده، فمن الصعب على الباحثين قياس ما يعرفونه حقًا عن هذه الأنظمة المتطرفة. ويقول: “إن الفهم الأكثر وضوحًا لما إذا كان (JADES-ID1) يتحدى فهمنا الحالي لتكوين البنية الكونية سيحتاج إلى انتظار الجيل التالي من تلسكوبات الأشعة السينية” ذات رؤية تشاندرا الحادة ولكن بحساسية أكبر.

ويوافق بوجدان على أن علماء الفلك بحاجة إلى دراسة مجموعات أولية إضافية من نفس النوع. ويقول: “يجب أن تكون الخطوات التالية هي العثور على المزيد من الأنظمة المشابهة، وبناء عينات أكبر من العناقيد الأولية في الكون المبكر، بحيث لا نعتمد على جسم واحد”.

يقول دولاغ إن حل لغز مجموعة الأطفال الناضجة هذه سيؤدي إلى اختراقات مهمة مهما كانت الظروف. “إما أن نتعلم شيئًا جديدًا عن التفاعل المعقد بين العمليات الفيزيائية المختلفة التي تشكل تشكيل المجرات – أو نتعلم أن هناك بالفعل خللًا في نموذج الخلفية العامة لعلم الكونيات لدينا مما يجعلنا نبالغ في التبسيط.”

حان الوقت للدفاع عن العلم

إذا استمتعت بهذا المقال، أود أن أطلب دعمكم. العلمية الأمريكية لقد عمل كمدافع عن العلوم والصناعة لمدة 180 عامًا، وربما تكون اللحظة الحالية هي اللحظة الأكثر أهمية في تاريخ القرنين.

لقد كنت العلمية الأمريكية مشترك منذ أن كان عمري 12 عامًا، وقد ساعد ذلك في تشكيل الطريقة التي أنظر بها إلى العالم. SciAm يثقفني ويسعدني دائمًا، ويلهمني شعورًا بالرهبة تجاه عالمنا الواسع والجميل. وآمل أن يفعل ذلك بالنسبة لك أيضا.

إذا كنت الاشتراك في العلمية الأمريكيةأنت تساعد في ضمان أن تغطيتنا تركز على البحث والاكتشاف الهادف؛ وأن لدينا الموارد اللازمة للإبلاغ عن القرارات التي تهدد المختبرات في جميع أنحاء الولايات المتحدة؛ وأننا ندعم العلماء الناشئين والعاملين على حد سواء في وقت لا يتم فيه الاعتراف بقيمة العلم نفسه في كثير من الأحيان.

وفي المقابل، تحصل على الأخبار الأساسية، ملفات بودكاست آسرة، ورسوم بيانية رائعة، لا يمكنك تفويت النشرات الإخبارية ومقاطع الفيديو التي يجب مشاهدتها، ألعاب التحدي، وأفضل الكتابة والتقارير في عالم العلوم. يمكنك حتى إهداء شخص ما الاشتراك.

لم يكن هناك وقت أكثر أهمية بالنسبة لنا للوقوف وإظهار أهمية العلم. آمل أن تدعمونا في تلك المهمة.