تلسكوب ويب يكشف أسرارًا غامضة عن “الطوب”

يدير عالم الفلك UF آدم جينسبيرغ تلسكوب جيمس ويب الفضائي لاستكشاف لغز المجرة.

وفي دراسة حديثة بقيادة جامعة فلوريدا ألقت الاكتشافات الرائدة الضوء على منطقة مظلمة غامضة في مركز الكون، وفقا لعالم الفلك آدم جينسبيرغ. درب التبانة. أثارت سحابة الغاز المضطربة، التي يطلق عليها اسم “الطوب” بسبب عتامةها، جدلاً ساخنًا داخل المجتمع العلمي لسنوات.

لفك أسرارها، لجأت جينسبيرغ وفريقها البحثي، بما في ذلك طلاب الدراسات العليا في جامعة فلوريدا ديزموند جيف، وسافانا غرامزي، وأليسا بولاتيك، إلى تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST). الآثار المترتبة على ملاحظاتهم، نشرت في ال مجلة الفيزياء الفلكية، ضخمة. لا تكشف النتائج عن وجود مفارقة في مركز مجرتنا فحسب، بل تشير أيضًا إلى الحاجة الماسة لإعادة تقييم النظريات الراسخة فيما يتعلق بتكوين النجوم.

لغز الطوب

تعتبر منطقة الطوب واحدة من أكثر المناطق إثارة للاهتمام والتي تمت دراستها على نطاق واسع في مجراتنا، وذلك بفضل معدل تكوين النجوم المنخفض بشكل مدهش. لعقود من الزمن، تحدت توقعات العلماء: باعتبارها سحابة مليئة بالغاز الكثيف، ينبغي أن تكون جاهزة لولادة نجوم جديدة. ومع ذلك، فإن هذا يدل على معدل منخفض بشكل مدهش لتكوين النجوم.

وباستخدام قدرات الأشعة تحت الحمراء المتقدمة في تلسكوب جيمس ويب الفضائي، نظر فريق البحث إلى داخل الطوب واكتشف وجودًا كبيرًا لأول أكسيد الكربون المتجمد (CO). فهي تحتوي على كمية أكبر بكثير من جليد ثاني أكسيد الكربون مما كان يُعتقد سابقًا، وهو ما له آثار عميقة على فهمنا لعمليات تكوين النجوم.

ولم يكن أحد يعرف مقدار الجليد الموجود في مركز المجرة، وفقًا لجينسبيرغ. وقال: “ملاحظاتنا تظهر بشكل مقنع أن الجليد منتشر للغاية هناك، لدرجة أن كل ملاحظة مستقبلية يجب أن تأخذ ذلك في الاعتبار”.

تظهر النجوم عمومًا عندما تكون الغازات باردة، والوجود الكبير لجليد ثاني أكسيد الكربون يجب أن يشير إلى وجود منطقة مزدهرة لتكوين النجوم في الطوب. ومع ذلك، وعلى الرغم من ثراء ثاني أكسيد الكربون، وجد جينسبيرغ وفريق البحث أن الهيكل فاق التوقعات. الغاز الموجود داخل الطوب أكثر سخونة من السحب المماثلة.

مركز المجرة مليء بالنجوم: هناك أكثر من نصف مليون في هذه الصورة. وباستخدام مرشحات تلسكوب جيمس ويب الفضائي المتخصصة والقليل من برنامج الفوتوشوب، تمكن الفريق من إزالة النجوم وإظهار السديم الخيطي للغاز الساخن الذي يتخلل المجرة الداخلية فقط. (انظر الصورة أدناه مع إزالة النجوم.) الائتمان: آدم جينسبيرغ

صورة للسديم الخيطي من الغاز الساخن الذي يتخلل المجرة الداخلية. المناطق الساطعة هي تلك التي يكون فيها الهيدروجين بلازما ساخنة، متوهجة بطاقة النجوم الضخمة. الطوب هو المنطقة المظلمة حيث يتم حجب هذه البلازما المضيئة. على طول حافة الطوب، يكون التوهج أكثر زرقة: هذا المظهر الأزرق ناتج عن جليد ثاني أكسيد الكربون الذي يحجب الضوء الأحمر، مما يسمح فقط للون الأزرق بالمرور. الائتمان: آدم جينسبيرغ

التشكيك في النظريات الراسخة

تتحدى هذه الملاحظات فهمنا لوفرة ثاني أكسيد الكربون في مركز مجرتنا ونسبة الغاز إلى الغبار الحرجة هناك. ووفقا للنتائج، يبدو كلا المقياسين أقل مما كان يعتقد سابقا.

قال جينسبيرغ: “مع تلسكوب جيمس ويب الفضائي، نفتح طرقًا جديدة لقياس الجزيئات في المرحلة الصلبة (الجليد)، حيث كنا مقتصرين في السابق على دراسة الغاز”. “هذه النظرة الجديدة تعطينا صورة أكثر اكتمالا عن مكان وجود الجزيئات وكيفية نقلها.”

تقليديًا، تقتصر مراقبة ثاني أكسيد الكربون على انبعاثات الغاز. وللكشف عن توزيع جليد ثاني أكسيد الكربون داخل هذه السحابة الشاسعة، احتاج الباحثون إلى إضاءة خلفية مكثفة من النجوم والغاز الساخن. وتتجاوز نتائجهم حدود القياسات السابقة التي اقتصرت على نحو مائة نجم. وتشمل النتائج الجديدة أكثر من عشرة آلاف نجم، مما يوفر معلومات قيمة عن طبيعة الجليد بين النجوم.

آدم جينسبيرغ، دكتوراه الائتمان: آدم جينسبيرغ

وبما أن الجزيئات الموجودة في نظامنا الشمسي اليوم كانت على الأرجح، في وقت ما، عبارة عن جليد على حبيبات غبار صغيرة اجتمعت لتشكل الكواكب والمذنبات، فإن هذا الاكتشاف يمثل أيضًا خطوة إلى الأمام نحو فهم أصول الجزيئات التي تشكل بيئتنا الكونية.

هذه مجرد النتائج الأولى التي توصل إليها الفريق من جزء صغير من ملاحظات تلسكوب جيمس ويب الفضائي لبريك. وبالنظر إلى المستقبل، يهدف جينسبيرغ إلى إجراء دراسة أكثر تعمقًا للجليد السماوي.

وقال جينسبيرغ: “نحن لا نعرف، على سبيل المثال، الكميات النسبية لثاني أكسيد الكربون والماء وثاني أكسيد الكربون والجزيئات المعقدة”. “من خلال التحليل الطيفي، يمكننا قياسها والحصول على فكرة عن كيفية تطور الكيمياء مع مرور الوقت في هذه السحب.”

التقدم في الاستكشاف الكوني

مع ظهور تلسكوب جيمس ويب الفضائي ومرشحاته المتقدمة، تُتاح لجينسبيرغ وزملائها الفرصة الواعدة حتى الآن لتوسيع استكشافنا الكوني.

وفي دراسة حديثة أجراها عالم الفلك آدم جينسبيرغ من جامعة فلوريدا، سلطت الاكتشافات الرائدة الضوء على منطقة مظلمة غامضة في مركز درب التبانة. أثارت سحابة الغاز المضطربة، التي يطلق عليها اسم “الطوب” بسبب عتامةها، جدلاً ساخنًا داخل المجتمع العلمي لسنوات.

لفك أسرارها، لجأت جينسبيرغ وفريقها البحثي، بما في ذلك طلاب الدراسات العليا في جامعة فلوريدا ديزموند جيف، وسافانا غرامزي، وأليسا بولاتيك، إلى تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST). الآثار المترتبة على ملاحظاتهم، نشرت في مجلة الفيزياء الفلكية، ضخمة. لا تكشف النتائج عن وجود مفارقة في مركز مجرتنا فحسب، بل تشير أيضًا إلى الحاجة الماسة لإعادة تقييم النظريات الراسخة فيما يتعلق بتكوين النجوم.

تعتبر منطقة الطوب واحدة من أكثر المناطق إثارة للاهتمام والتي تمت دراستها على نطاق واسع في مجراتنا، وذلك بفضل معدل تكوين النجوم المنخفض بشكل مدهش. لعقود من الزمن، تحدت توقعات العلماء: باعتبارها سحابة مليئة بالغاز الكثيف، ينبغي أن تكون جاهزة لولادة نجوم جديدة. ومع ذلك، فإن هذا يدل على معدل منخفض بشكل مدهش لتكوين النجوم.

وباستخدام قدرات الأشعة تحت الحمراء المتقدمة في تلسكوب جيمس ويب الفضائي، نظر فريق البحث إلى داخل الطوب واكتشف وجودًا كبيرًا لأول أكسيد الكربون المتجمد (CO). فهي تحتوي على كمية أكبر بكثير من جليد ثاني أكسيد الكربون مما كان يُعتقد سابقًا، وهو ما له آثار عميقة على فهمنا لعمليات تكوين النجوم.

ولم يكن أحد يعرف مقدار الجليد الموجود في مركز المجرة، وفقًا لجينسبيرغ. وقال: “ملاحظاتنا تظهر بشكل مقنع أن الجليد منتشر للغاية هناك، لدرجة أن كل ملاحظة مستقبلية يجب أن تأخذ ذلك في الاعتبار”.

تظهر النجوم عمومًا عندما تكون الغازات باردة، والوجود الكبير لجليد ثاني أكسيد الكربون يشير إلى وجود منطقة مزدهرة لتكوين النجوم في الطوب. ومع ذلك، على الرغم من ثراء ثاني أكسيد الكربون، وجد جينسبيرغ وفريق البحث أن الهيكل فاق التوقعات. الغاز الموجود داخل الطوب أكثر سخونة من السحب المماثلة.

تتحدى هذه الملاحظات فهمنا لوفرة ثاني أكسيد الكربون في مركز مجرتنا ونسبة الغاز إلى الغبار الحرجة هناك. ووفقا للنتائج، يبدو كلا المقياسين أقل مما كان يعتقد سابقا.

قال جينسبيرغ: “مع تلسكوب جيمس ويب الفضائي، نفتح طرقًا جديدة لقياس الجزيئات في المرحلة الصلبة (الجليد)، حيث كنا مقتصرين في السابق على دراسة الغاز”. “هذه النظرة الجديدة تعطينا صورة أكثر اكتمالا عن مكان وجود الجزيئات وكيفية نقلها.”

تقليديًا، تقتصر مراقبة ثاني أكسيد الكربون على انبعاثات الغاز. وللكشف عن توزيع جليد ثاني أكسيد الكربون داخل هذه السحابة الشاسعة، احتاج الباحثون إلى إضاءة خلفية مكثفة من النجوم والغاز الساخن. وتتجاوز نتائجهم حدود القياسات السابقة التي اقتصرت على نحو مائة نجم. وتشمل النتائج الجديدة أكثر من عشرة آلاف نجم، مما يوفر معلومات قيمة عن طبيعة الجليد بين النجوم.

وبما أن الجزيئات الموجودة في نظامنا الشمسي اليوم كانت على الأرجح، في وقت ما، عبارة عن جليد على حبيبات غبار صغيرة اجتمعت لتشكل الكواكب والمذنبات، فإن هذا الاكتشاف يمثل أيضًا خطوة إلى الأمام نحو فهم أصول الجزيئات التي تشكل بيئتنا الكونية.

هذه مجرد النتائج الأولى التي توصل إليها الفريق من جزء صغير من ملاحظات تلسكوب جيمس ويب الفضائي لبريك. وبالنظر إلى المستقبل، يهدف جينسبيرغ إلى إجراء دراسة أكثر تعمقًا للجليد السماوي.

وقال جينسبيرغ: “نحن لا نعرف، على سبيل المثال، الكميات النسبية لثاني أكسيد الكربون والماء وثاني أكسيد الكربون والجزيئات المعقدة”. “من خلال التحليل الطيفي، يمكننا قياسها والحصول على فكرة عن كيفية تطور الكيمياء مع مرور الوقت في هذه السحب.”

مع ظهور تلسكوب جيمس ويب الفضائي ومرشحاته المتقدمة، أُتيحت لجينسبيرغ وزملائها الفرصة الواعدة حتى الآن لتوسيع استكشافنا الكوني.

المرجع: “JWST يكشف عن امتصاص الجليد وغاز ثاني أكسيد الكربون على نطاق واسع في سحابة مركز المجرة G0.253 + 0.016” بقلم آدم جينسبيرغ، وآشلي تي. بارنز، وكارا دي. باتيسبي، وأليسا بولاتيك، وسافانا غرامزي، وجوناثان دي هينشو، وديزموند جيف، وشينغ لو، EAC ميلز ودانيال إل ووكر، 4 ديسمبر 2023، مجلة الفيزياء الفلكية.
دوى: 10.3847/1538-4357/acfc34