كيف كشفت بيانات تلسكوب جيمس ويب الفضائي عن مفاجآت بالفعل


لم يكن ماسيمو باسكال يخطط لدراسة العنقود المجري SMACS 0723. ولكن بمجرد أن رأى العنقود يتلألأ في الصورة الأولى من تلسكوب جيمس ويب الفضائي ، أو JWST ، لم يستطع هو وزملاؤه مساعدة أنفسهم.

يقول باسكال ، عالم الفلك بجامعة كاليفورنيا ، بيركلي: “كنا مثل ، علينا أن نفعل شيئًا”. لا يمكننا منع أنفسنا من تحليل هذه البيانات. كان من المثير جدا.”

فريق باسكال هو واحد من عدة مجموعات من العلماء الذين شاهدوا صور JWST الأولى وشمروا على الفور عن سواعدهم. في الأيام القليلة الأولى بعد الإعلان عن الصور والبيانات المستخدمة في إنشائها ، قدر العلماء مقدار الكتلة التي يحتوي عليها العنقود ، وكشفوا عن حادثة عنيفة في الماضي القريب للعنقود ، وقدّروا أعمار النجوم في المجرات التي تتجاوز بكثير الكتلة نفسها.

“لقد كنا نستعد لذلك لفترة طويلة. يقول باسكال ، الذي يدرس في سنته الرابعة في المدرسة العليا ، “أنا نفسي ، كنت أستعد منذ سنوات ، ولست كبيرًا في السن”. JWST “ستحدد حقًا جيلًا جديدًا من علماء الفلك وجيلًا جديدًا من العلوم ككل.”

تصادم الكتلة

عندما تم نشر صورة SMACS 0723 في إحاطة بالبيت الأبيض في 11 يوليو ، ذهب معظم التركيز إلى مجرات بعيدة للغاية في الخلفية (SN: 7/11/22). ولكن يوجد في منتصف الصورة SMACS 0723 نفسه ، وهو مجموعة أقرب بكثير من المجرات على بعد حوالي 4.6 مليار سنة ضوئية من الأرض. تعمل كتلته على انحناء الضوء من مسافة أبعد ، مما يجعل الأجسام البعيدة تبدو مكبرة ، كما لو كان ضوءها ينتقل عبر عدسة تلسكوب آخر بحجم كوني.

بدأ الضوء القادم من أبعد مجرة ​​في هذه الصورة رحلته إلى JWST منذ حوالي 13.3 مليار سنة – “تقريبًا في فجر الكون ،” كما يقول عالم الفيزياء الفلكية Guillaume Mahler من جامعة دورهام في إنجلترا ، والذي يستخدم الصورة بالفعل كتكبير معرفتي.

لكن الصورة يمكن أن تملأ أيضًا تاريخ مجموعة المجرات المتداخلة نفسها. يقول باسكال: “ينسى الناس أحيانًا ذلك – فكتلة المجرات مهمة جدًا أيضًا”.

بدأ كل من فريق باسكال وماهلر بجرد المجرات البعيدة التي تبدو ممتدة ومشوهة في الصورة. الضوء المنبعث من بعض تلك المجرات مشوه بحيث تظهر صور متعددة لنفس المجرة في أماكن مختلفة. يعد رسم خرائط هذه المجرات المصوّرة المضاعفة بمثابة مسبار حساس للطريقة التي تنتشر بها الكتلة حول العنقود. وهذا بدوره يمكن تكشف عن مكان احتواء العنقود على المادة المظلمة، المادة غير المرئية والغامضة التي تشكل غالبية الكتلة في الكون (SN: 9/10/20).

وجد كلا الفريقين أن SMACS 0723 أكثر استطالة مما ظهر في الملاحظات السابقة. وجدوا أيضًا توهجًا خافتًا ، يُطلق عليه الضوء داخل العنقود ، داخل الكتلة من النجوم التي لا تنتمي إلى أي مجرة ​​معينة. معًا ، تشير هذه الميزات إلى ذلك SMACS 0723 لا يزال يتعافى من تحطيم حديث نسبيًا مع مجموعة مجرات أخرى ، تقدم الفرق تقريرًا منفصلًا في زوج من الأوراق المقدمة إلى arXiv.org في 14 يوليو.

يجب أن يكون للعنقود المجري الذي ظل قائمًا بمفرده منذ دهور توزيع مستدير للمادة والضوء داخل العنقود ، بدلاً من الشكل المستطيل SMACS 0723. من المحتمل أن النجوم التي تنبعث من الضوء داخل العنقود قد تمزقت من مجراتها الأصلية بواسطة قوى الجاذبية أثناء الاصطدام.

يقول باسكال: “اندمجت مجموعتان منفصلتان معًا ، ويبدو لنا أنه لم يتم تسويتها بالكامل بعد”. “ما قد ننظر إليه هو اندماج مستمر”.

قسم من صورة المجال العميق لـ JWST مع مجرات مصورة متعددة تتميز بالسهام
ظهرت ثلاثة أمثلة لمجرات مصورة متعددة – مميزة بأسهم بيضاء وحمراء وصفراء – من هذه المنطقة الصغيرة من صورة JWST الأولى. شوهت الجاذبية من مجموعة مجرات في المقدمة الضوء من هذه المجرات ، مما جعلها تظهر في مكانين على الأقل في وقت واحد.مستنسخة من م. باسكال وآخرون/arXiv.org 2022

المجرات البعيدة

يقول ماهلر إن تخطيط الكتلة في العنقود ضروري أيضًا لفك تشفير خصائص المجرات البعيدة في خلفية الصورة. “أنت بحاجة إلى فهم الكتلة وقوة التكبير الخاصة بها لفهم ما وراءها.”

يقوم بعض العلماء بالفعل بالتحقيق في تلك المجرات البعيدة بالتفصيل. لا تتضمن بيانات JWST الأولى صورًا جميلة فحسب ، بل تتضمن أيضًا أطيافًا ، وهي قياسات لمقدار الضوء الذي ينبعث منه كائن بأطوال موجية مختلفة. تسمح الأطياف للعلماء بتحديد مقدار تمدد ضوء الجسم البعيد – أو انزياح الضوء الأحمر – بواسطة توسع الكون، وهو وكيل لبعدها. يمكن أن تساعد هذه البيانات أيضًا في الكشف عن تكوين المجرة وأعمار نجومها.

يقول عالم الفيزياء الفلكية آدم كارنال من جامعة إدنبرة: “الشيء الرئيسي الذي يحد من دراسة تشكل النجوم في المجرات هو جودة البيانات”. ولكن مع البيانات المحسنة بشكل كبير من JWST ، كما يقول ، تمكن هو وفريقه من قياس أعمار النجوم في تلك المجرات البعيدة.

حوّل كارنال وزملاؤه انتباههم إلى أطياف المجرات البعيدة بعد أيام قليلة من إطلاق صورة SMACS. قاموا بقياس الانزياح الأحمر لعشر مجرات ، خمس منها كانت بعيدة بشكل خاص، أفاد الفريق في ورقة تم تقديمها إلى arXiv.org في 18 يوليو. تم بالفعل تمييز إحداها على أنها أبعد مجرة ​​شوهدت على الإطلاق ، مع الضوء الذي انبعث بعد 500 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم قبل 13.8 مليار سنة. تألق الأربعة الآخرون حتى 1.1 مليار سنة بعد الانفجار العظيم.

يقول كارنال إن جميع المجرات العشر كانت صغيرة نسبيًا عندما بعثت الضوء الذي التقطته JWST. لقد قاموا جميعًا بتشغيل تشكيل نجمهم قبل بضعة ملايين من السنين. هذا ليس مفاجئًا بشكل خاص ، لكنه مثير للاهتمام.

يقول كارنال: “إن القدرة على النظر إلى هذه المجرات الصغيرة الخافتة … تمنحك فكرة عن الشكل الذي يجب أن تبدو عليه كل المجرات عندما تبدأ في تكوين النجوم”.

يأمل العلماء في استخدام JWST للعثور على الحالات الأولى لتشكيل النجوم على الإطلاق. تشير النتائج المبكرة الأخرى إلى أنهم يقتربون بالفعل.

بعض المجرات في صورة JWST من مجموعة أخرى قد تسمع من وقت أبكر، بعد 300 مليون سنة من الانفجار العظيم ، قدم فريقان بحثيان تقريرًا في ورقتين تم إرسالهما إلى arXiv.org في 19 يوليو. يبدو أن إحدى هذه المجرات قد كونت بالفعل قرصًا حلزونيًا يزيد كتلته عن مليار مرة الشمس ، التي تنضج بشكل مدهش لمثل هذه المجرة المبكرة.

ويشير عدد المجرات الذي شوهد في صورة SMACS 0723 إلى ذلك المجرات ذات الأقراص الناضجةبدلاً من النقط غير المنظمة أو تلك التي تتكون في الغالب من مادة مظلمة ، ربما كانت أكثر شيوعًا في الكون المبكر جدًا مما كان يُعتقد سابقًا ، قدم فريق آخر في ورقة arXiv.org في 19 يوليو. وهذا يعني أن هذه الأقراص المبكرة قد لا تكون متطرفة. .

يقول كارنال: “من المؤكد أن هذه المجرات تمثل صفقة كبيرة ، ولكن يبقى أن نرى مدى الإثارة التي ستبدو عليها في سياق تقدم بضعة أشهر مع JWST”. الأفضل لم يأت بعد.



المصدر

ندى عبدالرحمن
مهتمة في العلوم والفضاء خاصةً محبة للتقنية اعمل كاتبة في موقع اراود