الكشف عن أربعة تلسكوب ويب حول المجرات البعيدة

قامت ناسا ببناء أحدث تلسكوب جيمس ويب الفضائي الخاص بها نظير إلى الكون البعيد والعودة إلى فجر التاريخ – وهي تفعل ذلك بالفعل بطريقة مذهلة. في الأسبوعين الماضيين منذ إتاحة الصور والبيانات العلمية الأولى لـ Webb لعلماء الفلك ، أبلغوا عن سيل من النتائج الأولية ، بما في ذلك العديد من المتنافسين لما قد يكون أبعد مجرة ​​على الإطلاق.

تكشف صور ويب عن عدد كبير من المجرات المتلألئة في الكون البعيد ، تظهر كما ظهرت بعد بضع مئات من ملايين السنين بعد الانفجار العظيم قبل 13.8 مليار سنة. ذلك من التلسكوب صور حادة بشكل مثير للدهشة حطمت أفكار علماء الفلك المسبقة حول الكون المبكر.

“كان لدينا فكرة عن ماهية المجرات في هذه [distances] يقول جيهان كارتالتيب ، عالم الفلك في معهد روتشستر للتكنولوجيا في نيويورك: “سيبدو الشكل ومقدار التفاصيل التي سنكون قادرين على رؤيتها ، لكنني أعتقد أن الواقع محير بعض الشيء للعقل”.

فيما يلي بعض الأشياء التي يتعلمها علماء الفلك من ملاحظات ويب المبكرة.

هناك الكثير من المجرات هناك.

نظرًا لأن Webb يكتشف ضوء الأشعة تحت الحمراء ولأن توسع الكون يوسع الضوء إلى أطوال موجية حمراء ، فإن التلسكوب مناسب تمامًا لاكتشاف المجرات التي تشكلت في وقت مبكر من تاريخ الكون. في برامجه الأولى للرصد ، والتي بدأت في يونيو ، اكتشف ويب العديد من المجرات البعيدة التي تقع بعيدًا عن متناول المراصد الأخرى ، مثل تلسكوب هابل الفضائي.

يقول ريتشارد إليس ، عالم الفلك في يونيفرسيتي كوليدج لندن: “إنه يشير إلى ما جادله الكثير منا ، بأن هناك مجرات تتجاوز ما رأيناه مع هابل”.

بدأ عصر المجرات الأولى في “الفجر الكوني” ، وربما بدأ بعد حوالي 250 مليون سنة من الانفجار العظيم ، عندما تشكلت النجوم الأولى وأضاءت الكون. تجمعت أجيال لاحقة من النجوم في مجرات ، وهي البقع الحمراء الباهتة التي بدأ ويب يكتشفها.

تنتشر العديد من صور ويب مع مجرات لم يسبق لها مثيل في الكون البعيد. يقول كارتالتيبي: “لا يكاد يوجد أي مساحة فارغة خالية من أي شيء”.

قامت إحدى الدراسات بتمشيط البيانات من العديد من مجالات المجرات البعيدة التي لاحظها ويب حتى الآن ، لتحليل المعدل الذي تشكلت به النجوم في بدايات الكون. وجد 44 مجرة ​​غير معروفة من قبل يعود تاريخها إلى أقل من 300 مليون سنة إلى الانفجار العظيم. بالاقتران مع 11 مجرة ​​معروفة سابقًا ، أظهرت النتائج أنه كان هناك عدد كبير من المجرات المكونة للنجوم في بدايات الكون.¹. وتعيد النتائج “تأكيد الإمكانات الهائلة للمستقبل [Webb] كتب الفريق بقيادة كالوم دونان من جامعة إدنبرة ، المملكة المتحدة ، في منشور على خادم arXiv preprint.

تتنافس العديد من المجرات على لقب “الأبعد”.

ربما كان الاندفاع الأكثر انتشارًا هو اندفاع فرق البحث التي تتنافس لتحديد المجرة الأبعد في بيانات Webb. تم رصد عدد من المرشحين وسيحتاجون إلى تأكيد من خلال مزيد من الدراسات ، لكن جميعها ستحطم الرقم القياسي الذي سجله هابل للمجرة الأبعد ، والتي كانت بعد حوالي 400 مليون سنة من الانفجار العظيم.^2و3.

ظهر منافس في دراسة Webb تسمى GLASS والتي تضمنت مجرة ​​أخرى أقل بعدًا قليلاً في نفس الصورة⁴. يقول ماركو كاستيلانو ، عالم الفلك في المعهد الوطني للفيزياء الفلكية في روما: “حقيقة أننا وجدنا هاتين المجرتين اللامعتين كانت مفاجأة حقًا”. لم يتوقع هو وزملاؤه العثور على مثل هذه المجرات البعيدة في هذه البقعة الصغيرة من السماء. كما رصد فريق ثانٍ المجرتين بشكل مستقل⁵.

يميز علماء الفلك مسافة المجرات بمقياس يعرف باسم الانزياح الأحمر ، والذي يحدد مدى تحول ضوء المجرة إلى أطوال موجية حمراء. كلما زاد الانزياح نحو الأحمر ، كلما ابتعدت المجرة. يوجد انزياح أحمر في المرشح GLASS يبلغ 13. ولكن في 25 و 26 يوليو ، بعد أيام من إبلاغ الفلكيين عن مجرات GLASS ، غمرت الأوراق التي تدعي انزياحًا أحمر أعلى خادم ما قبل الطباعة arXiv. يقول روهان نايدو ، عالم الفلك في مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في كامبريدج ، ماساتشوستس: “هذه مجرد بداية البداية”.

ظهر أحد المرشحين ، مع انزياح أحمر يبلغ 14 ، في دراسة استقصائية تسمى CEERS ، وهي واحدة من أكثر مشاريع ويب شهرة في وقت مبكر. أطلق المحقق الرئيسي في CEERS ستيفن فينكلشتاين من جامعة تكساس في أوستن على الكائن Maisie’s Galaxy ، بعد ابنته⁶. نظرت دراسة أخرى في نفس أول صورة ميدانية لويبأطلقه الرئيس الأمريكي جو بايدن في 11 يوليو ، ووجد مجرتين محتملتين عند انزياح أحمر يبلغ 16 ، مما يضعهما بعد 250 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم^سبعة. وتتكهن أوراق arXiv الأخرى بالمرشحين الآخرين ، حتى الانزياحات الحمراء التي تصل إلى 20⁸.

بعض المجرات المبكرة معقدة بشكل مدهش.

كما تبين أن مجرات ويب البعيدة تمتلك بنية أكثر مما توقعه علماء الفلك.

كشفت دراسة أول صورة للمجال العميق لـ Webb عن عدد كبير بشكل مدهش من المجرات البعيدة على شكل قرص⁹. باستخدام هابل ، استنتج علماء الفلك أن المجرات البعيدة تكون غير منتظمة الشكل أكثر من المجرات القريبة ، والتي ، مثل مجرة ​​درب التبانة ، غالبًا ما تعرض أشكالًا منتظمة مثل الأقراص. كانت النظرية أن المجرات المبكرة كانت في كثير من الأحيان مشوهة بالتفاعل مع المجرات المجاورة. لكن ملاحظات ويب تشير إلى وجود ما يصل إلى 10 أضعاف المجرات على شكل قرص أكثر مما كان يعتقد سابقًا.

تقول أليسون كيركباتريك ، عالمة الفلك بجامعة كانساس في لورانس: “بفضل دقة جيمس ويب ، يمكننا أن نرى أن المجرات لديها أقراص في وقت أبكر بكثير مما كنا نظن”. إنها مشكلة ، كما تقول ، لأنها تتعارض مع النظريات السابقة لتطور المجرات. “سيتعين علينا معرفة ذلك.”

تشير مخطوطة ما قبل الطباعة إلى أن مجرات ضخمة تشكلت في وقت مبكر من الكون أكثر مما كان معروفًا من قبل. أفاد فريق بقيادة إيفو لابي من جامعة سوينبورن للتكنولوجيا في ملبورن ، أستراليا ، بوجود سبع مجرات ضخمة في حقل CEERS ، مع انزياح أحمر بين 7 و 10^عشرة. كتب العلماء: “نستنتج أن المناطق المركزية لبعض المجرات الضخمة على الأقل كانت موجودة بالفعل إلى حد كبير بعد 500 مليون سنة من الانفجار العظيم ، وأن تكوين المجرات الضخمة بدأ في وقت مبكر جدًا من تاريخ الأرض. الكون”.

وتظهر دراسات كيمياء المجرات أيضًا صورة غنية ومعقدة تنبثق من بيانات ويب. فحص تحليل أول صورة للمجال العميق الضوء المنبعث من المجرات عند انزياح أحمر بمقدار 5 أو أكثر. (ترتبط الخطوط الطيفية التي تظهر عند أطوال موجية مختلفة من الضوء بالعناصر الكيميائية التي تتكون منها المجرات). وجد ثروة مذهلة من العناصر مثل الأكسجين¹¹. اعتقد علماء الفلك أن عملية التخصيب الكيميائي – التي تدمج فيها النجوم الهيدروجين والهيليوم لتكوين عناصر أثقل – استغرقت بعض الوقت ، لكن اكتشاف أنها تحدث في المجرات المبكرة “سنعيد التفكير في معدل تكوّن النجوم.” ، كما يقول كيركباتريك.

المجرات الأقرب هي أصغر من المتوقع.

تستمر مفاجآت ويب بعد ذلك بقليل في تطور الكون. نظرت إحدى الدراسات في ملاحظات ويب لـ “الظهر الكوني” ، الإطار الزمني بعد حوالي 3 مليارات سنة من الانفجار العظيم. هذا هو الوقت الذي بلغ فيه تكوين النجوم ذروته في الكون ونتج معظم الضوء.

قارن Wren Suess ، عالم الفلك في جامعة كاليفورنيا ، سانتا كروز ، صور هابل للمجرات في الظهيرة الكونية بصور ويب لنفس المجرات. في الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء التي اكتشفها ويب ، بدت معظم المجرات الضخمة أصغر بكثير مما كانت عليه في صور هابل¹². يقول Suess: “يحتمل أن يغير نظرتنا الكاملة لكيفية تغير حجم المجرات بمرور الوقت”. اقترحت دراسات هابل أن المجرات تبدأ صغيرة وتكبر بمرور الوقت ، لكن نتائج ويب تشير إلى أن هابل لم يكن لديه الصورة الكبيرة ، وبالتالي قد يكون تطور المجرات أكثر تعقيدًا مما يدركه العلماء.

مع Webb في بداية وظيفة مخططة تزيد عن 20 عامًا ، يعلم علماء الفلك أن لديهم الكثير من التغييرات في المستقبل. يقول كيركباتريك: “في الوقت الحالي ، أجد نفسي مستلقية مستيقظة في الساعة الثالثة صباحًا ، وأتساءل عما إذا كان كل ما فعلته خاطئًا.”