كانت المجرات الأولى في الكون عبارة عن فوضى عارمة، وفقًا لدراسة حديثة. خلال أيام شبابهم، كانت عبارة عن حزم جامحة وفوضوية من الغاز المضطرب، نتجت عن جرعات ضخمة من الغاز بين المجرات، وانفجارات من تشكل النجوم الضخمة، والثقوب السوداء الهائلة الهائلة.
وقد أشار فريق علماء الفلك الذين اقترحوا هذه الفكرة، بقيادة لولا دونهايف من جامعة كامبريدج، مؤخرًا إلى أن تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) في 272 مجرة صغيرة، يعود تاريخها إلى ما بين 800 مليون و1.5 مليار سنة بعد المجرة. الانفجار العظيم. كان الكون لا يزال صغيرًا جدًا (من الناحية الفلكية) عندما بدأ الضوء الصادر من هذه المجرات رحلته إلى ركننا من الكون؛ والآن بعد أن وصل هذا الضوء إلى عين تلسكوب جيمس ويب الفضائي، رأى العلماء أن المجرات البعيدة تبدو مختلفة بشكل كبير عن الأقراص الناضجة والدوارة التي نراها في الكون القريب.
استخدمت دونهايف وزملاؤها أداة NIRCam الخاصة بـ JWST لمشاهدة كيفية تحرك غاز الهيدروجين المتأين في كل مجرة. في معظم الأشخاص، بدلًا من الدوران حول مركز المجرة في تيار واحد سلس، كان الغاز يتدفق في جميع الاتجاهات، مما يخلق دوامات مضطربة وموجات صدمية وكتل غير متساوية من المادة.
المجرات التي يمكننا رؤيتها في الكون القريب هي أكثر حداثة، ومعظمها عبارة عن أقراص ولوالب منظمة بشكل أنيق، حيث تتحرك كل الغازات والنجوم في نفس الاتجاه حول المركز – إلا إذا كانت قد عانت من اصطدام حديث أو قريب من مجرة أخرى، على أي حال. لكن كلما نظر علماء الفلك إلى الوراء في الزمن، أصبحت الأمور أكثر فوضوية.
حتى المجرات لديها عصر فوضوي
تصف دونهايف وزملاؤها المجرات في دراستهم بأنها موجودة عند “فجر الأقراص، حيث تبدأ المجرات في الحفاظ على دورانها ولكنها ستمر بعدة حلقات من عدم الاستقرار … قبل أن تستقر في الأقراص الباردة التي نلاحظها في الكون المحلي”. (نفس المجرات. نفس الشيء.)
أظهر تلسكوب جيمس ويب الفضائي لدونهايف وزملائها كيف بدت عينتهم من المجرات البعيدة عندما كان عمر الكون يتراوح بين 800 مليون و1.5 مليار سنة. هذا قرب نهاية الفترة المعروفة باسم الفجر الكوني (50 مليون إلى 1 مليار سنة بعد الانفجار الكبير)، عندما تشكلت النجوم والمجرات الأولى – وعلى حافة الفترة المعروفة باسم الظهيرة الكونية (بعد 2 إلى 3 مليارات سنة من الانفجار الكبير)، عندما كانت انفجارات النجوم الجديدة تضيء الكون بمعدل أعلى من أي وقت مضى قبل أو بعد ذلك. كانت المجرات الصغيرة الفوضوية في دراسة دونهايف وزملائها تعمل على تكثيف عملية تكوين النجوم بسبب الألعاب النارية المثيرة في الظهيرة الكونية، وهذا جزء من سبب كون الأشياء في تلك المجرات مضطربة للغاية.
النجوم حديثي الولادة، مثل البشر حديثي الولادة، عرضة لنوبات الغضب. بالنسبة للنجم، يعني ذلك تطهير الفضاء المحيط به برياح نجمية قوية من الجسيمات المشحونة، إلى جانب انفجارات من الإشعاع عالي الطاقة، خاصة في الأطوال الموجية فوق البنفسجية. وهذا يجعل الفضاء في الحضانات النجمية (سحب ضخمة من الغاز البارد حيث تتشكل النجوم الجديدة) مضطربًا وفوضويًا. ومما يزيد من الفوضى أن النماذج والملاحظات تخبرنا أنه في تلك المجرات المبكرة، كان تكوين النجوم يميل إلى الحدوث في انفجارات غير منتظمة ودراماتيكية.
وكانت هذه المجرات أيضًا تشق طريقها خلال فترة المراهقة في وقت كانت فيه سحب الغاز التي تغمر الكون أكثر كثافة مما هي عليه اليوم. بعد كل شيء، كان الكون يتضخم منذ الانفجار الكبير، لذلك كان من الناحية الفنية مكانًا أصغر بكثير قبل الظهر الكوني مباشرةً، ولكن بنفس الكمية من المادة. وكان لهذه الحقيقة تأثير كبير على المجرات الشابة، لأنها تعني أن الغاز بين المجرات كان يتدفق – ويندفع أحيانًا – إلى المجرات الشابة، مما يثير الاضطراب في هذه العملية. وكانت الثقوب السوداء الهائلة الموجودة في قلب كل مجرة تتغذى بنهم على كل هذا الغاز وتطلق نفاثات نسبية من المادة والإشعاع.
وكانت معظم المجرات التي درستها دونهايف وزملاؤها صغيرة جدًا مقارنة بالمجرات الموجودة في كوننا القريب: ما بين 100 مليون إلى 10 مليار مرة كتلة شمسنا (تزن مجرتنا درب التبانة حوالي 1.5 تريليون كتلة شمسية).
وهذا يعني أن أشياء مثل الثقوب السوداء الهائلة، وأنهار الغاز الواردة، وانفجارات تكوين النجوم، كان لها تأثير كبير على استقرارها. بمعنى آخر، لقد كان وقتًا غريبًا، وكانت هذه المجرات الشابة تشهد الكثير من الأحداث.
ما هي الخطوة التالية؟
لاحظ علماء الفلك بعض الاستثناءات: المجرات المبكرة التي، لسبب ما، مدفونة في العمليات العشوائية لماضيها، تمكنت من تجميع نفسها في وقت أبكر قليلاً من نظيراتها. تميل تلك المجرات إلى أن تكون أكبر من المتوسط، مما يجعلها على الأرجح أكثر مرونة في مواجهة الاضطراب الكوني. لكن من الواضح أن معظم المجرات في الدراسة كانت لا تزال تمر بمرحلة فوضوية.
وقد رصدت بعض الدراسات السابقة بعضًا من تلك القيم المتطرفة المبكرة للمجرة، لكن علماء الفلك لم يتمكنوا من التأكد مما إذا كانت طبيعية أم لا. وتشير النماذج وعمليات المحاكاة إلى أنه لا ينبغي أن يكون الأمر كذلك؛ بدلًا من ذلك، كان من المتوقع أن تكون المجرات المبكرة مضطربة ومتكتلة. الآن، يعرف علماء الفلك أن الواقع الفوضوي للمجرات المبكرة يبدو أنه يتوافق جيدًا مع النماذج الرياضية التي وضعها الفيزيائيون حول كيفية عمل الكون.
بالنسبة إلى دونهايف وزملائها، ستكون الخطوة التالية هي الجمع بين ملاحظاتهم الأخيرة لغاز الهيدروجين الساخن المتأين مع الملاحظات القادمة للغاز البارد والغبار في نفس المجرات البعيدة المبكرة. سيكشف ذلك المزيد عن بنية المجرات وتطورها.
وقال تاكيلا: “مع المزيد من البيانات، سنكون قادرين على تتبع كيفية نمو هذه الأنظمة المضطربة وتحولها إلى الحلزونات الرشيقة التي نراها اليوم”.
نشر الفريق النتائج الجديدة في 22 أكتوبر في مجلة الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.
التعليقات