لم أر صور المجرات مثل هذه من قبل. لا أحد كان! تسلط هذه الصور الضوء على مناطق تشكل النجوم في المجرات القريبة. لا يزال هناك عدد من الأسئلة التي لم تتم الإجابة عليها حول كيفية حدوث تشكل النجوم بالفعل. للإجابة على هذه الأسئلة ، نرصد المجرات التي تعمل بنشاط على تكوين نجوم داخل سحب عملاقة من الغاز. حتى وقت قريب ، لم تكن لدينا الدقة اللازمة لتصوير سحب الغاز الفردية بوضوح. لكن الصور الصادرة عن مشروع يسمى PHANGS (الفيزياء ذات الدقة الزاويّة العالية في المجرات القريبة) بالتعاون بين المرصد الأوروبي الجنوبي الكبير جدًا ومصفوفة أتاكاما الكبيرة المليمترية / الفرعية (ALMA) قدمت تفاصيل لم يسبق رؤيتها من قبل عن السحب المكونة للنجوم في المجرات الأخرى.
تجمع هذه الصورة بين ملاحظات المجرات القريبة NGC 1300 و NGC 1087 و NGC 3627 (أعلى ، من اليسار إلى اليمين) ، NGC 4254 و NGC 4303 (أسفل ، من اليسار إلى اليمين) تم التقاطها باستخدام Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) تلسكوب ESO الكبير جدًا (VLT). كل صورة فردية عبارة عن مجموعة من الملاحظات التي أجريت على أطوال موجية مختلفة من الضوء لرسم خرائط للمجموعات النجمية والغازات الدافئة .. وصف الصورة والصورة PHANGS / ESO. الصورة الأصلية
سحابة من ستاردست
تتكون النجوم من السحب الجزيئية العملاقة (GMCs) والتي تتكون أساسًا من الهيدروجين الجزيئي (H2). ينهار الغاز داخل هذه السحب تحت تأثير الجاذبية ويتحول في النهاية إلى كرات كثيفة. مع زيادة الكثافة والضغط ، فإن الحرارة داخل هذه المجالات تجعل الاندماج النووي ممكنًا ودمج الهيدروجين في الهيليوم - ولادة نجم! لكن ما الذي أدى إلى الانهيار الأولي للغاز؟ هل يختلف معدل تشكل النجوم بين السحب المختلفة في نفس المجرة؟ ما مدى تنوع الغيوم نفسها؟ هذه كلها فصول عن تكوين النجوم لسنا متأكدين منها تمامًا. أدخل PHANGS.
باحثو PHANGS اختار المجرات المستهدفة باستخدام عدد من الشروط المسبقة. يجب أن تكون المجرات قريبة بما يكفي حتى يمكن تصويرها بالدقة المطلوبة لرؤية كلٍّ من الخلايا المعدلة وراثيًا. وبالتالي فإن جميع الأهداف تقع في نطاق 17 مليون فرسخ فلكي من مجرة درب التبانة (حوالي 55 مليون سنة ضوئية). كما أن المجرات ليست شديدة الميل بحيث توفر خط رؤية واضحًا في أقراص المجرات المستهدفة. وربما الأهم من ذلك ، أن المجرات المستهدفة تعمل بنشاط على تكوين النجوم. باعتبارها 'مجرات التسلسل الرئيسية' ، فإن هذه المجرات تشكل نجومًا في أقراصها بدون تفاعل الجاذبية الخارجي لمجرة قريبة أو نتيجة عمليات الاندماج المجرة كلاهما يمكن أن يؤدي إلى فترات مكثفة من نداء تشكل النجوم انفجارات النجوم . بدلا من ذلك ، تشكل هذه المجرات النجوم من خلال عمليات داخلية للمجرة. 90 مجرة من هذا القبيل تفي بالمعايير وتم اختيارها للمسح.
تظهر هذه الصور المتناقضة الدقة المتزايدة في اكتشاف أول أكسيد الكربون. يُظهر اليسار المسوحات السابقة لسحب الغاز البارد في المجرة NGC 3627 مقابل دقة 'مقياس السحابة' المتزايدة التي حققتها PHANGS-ALMA والتي تعرض صورة أكثر وضوحًا لمواقع GMC في المجرة. ج PHANGS-ALMA
بارد ومظلم
يتم تحقيق اكتشاف مناطق تشكل النجوم في المجرات المستهدفة من خلال الجمع بين البحث عن الغازات الباردة وكذلك الغازات الساخنة التي يتم تسخينها بواسطة النجوم المتكونة حديثًا. يطلق على GMCs الباردة ولادة نجوم جديدة دور الحضانة النجمية. يمكن أن يتراوح قطرها من عشرات إلى مئات السنين الضوئية وكتلتها تعادل آلاف الشمس. ومع ذلك ، يصعب رؤية الهيدروجين الذي تتكون منه هذه السحب. عندما يتعرض الهيدروجين للطاقة ، يتوهج ويمكن اكتشافه بسهولة بينما يختبئ الهيدروجين البارد في ظلام الفضاء. ولكن تحتوي المركبات المعدلة وراثيًا أيضًا على أول أكسيد الكربون (CO) الذي يسهل اكتشافه في الحالة الباردة أكثر من اكتشاف الهيدروجين. يُفهم أن نسبة ثاني أكسيد الكربون إلى الهيدروجين في الكائنات المعدلة وراثيًا ثابتة ، وبالتالي فإن كمية جزيء ثاني أكسيد الكربون المكتشف يمكن أن تخبرنا عن كمية الهيدروجين الموجودة في سحابة معينة. إنها إشارة ثاني أكسيد الكربون التي تبحث عنها ALMA.
توضح هذه الصورة توزيع الغاز البارد (CO) مقابل الغاز الساخن (H-alpha) الموزع عبر عدة مجرات (الألوان غير منطقية في هذا الرسم البياني). يتم تعيين توقيعات غاز ثاني أكسيد الكربون البارد بواسطة ALMA بينما يتم تعيين H-alpha الساخن المتوهج بواسطة VLT. تُظهِر الخريطة المُجمَّعة مكان ولادة النجوم المتكونة حديثًا داخل المجمعات المعدلة وراثيًا الباردة. ج PHANGS-ALMA
بمجرد إثارة الهيدروجين بطاقات النجوم حديثة التكوين والشابة ، فإنه يطلق ضوءًا يعرف باسم هيدروجين ألفا. H-alpha هي ألمع ميزة في طيف الهيدروجين المتوهج وهي الطريقة التي نلاحظ بها الكثير من الكون. إن الجمع بين الخرائط الساخنة والباردة لهذه الكائنات المعدلة وراثيًا في مجرات أخرى يكشف عن البيئة التي تتشكل فيها النجوم. أداة تسمى تأمل على التلسكوب الكبير جدًا ، يرسم خرائط H-Alpha المتوهجة حيث تكتشف ALMA انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الباردة. أدق التفاصيل التي تم حلها بواسطة ALMA في المجرات المستهدفة يبلغ قطرها حوالي 100 فرسخ فلكي (حوالي 326 سنة ضوئية). تشير الأبحاث إلى أن هذا هو دقة 'مقياس السحابة' حيث يبلغ قطر GMCs المستهدفة حوالي 100 فرسخ فلكي. في هذا القرار ، يمكن تمييز الغيوم على أنها هياكل فردية منفصلة عن هياكل بقية المجرات المحلية.
يُظهر تلسكوب ESO الكبير جدًا (VLT) المجرة المجاورة NGC 4303 ، مجرة حلزونية ، مع شريط من النجوم والغاز في مركزها ، تقع على بعد حوالي 55 مليون سنة ضوئية من الأرض في كوكبة العذراء. تتوافق التوهجات الذهبية بشكل أساسي مع سحب الهيدروجين الساخن ، مما يشير إلى وجود نجوم مولودة حديثًا ، بينما تكشف المناطق المزرقة في الخلفية عن توزيع النجوم الأكبر سناً قليلاً.
ج. PHANGS / ESO - الصورة الأصلية
خريطة للجيل القادم
بينما صور VLT في الضوء البصري ، ترى ALMA مجرات بعيدة في الأشعة تحت الحمراء وأطوال موجات الراديو. هذه الأطوال الموجية مفيدة في النظر إلى الهياكل التي لا يمكن رؤيتها في الأطوال الموجية الضوئية مثل الغاز البارد. لكن هناك عيب. يمكن أن توفر الأطوال الموجية الضوئية عادةً دقة أدق للتصوير مما يخلق مقايضة بين الرؤية والدقة. الإنجاز المذهل لهذه المبادرة هو أن صور ALMA الجديدة هذه حققت دقة في الأشعة تحت الحمراء والراديو التي تقترب من الدقة البصرية. تم تحسين الصور بشكل أكبر عن طريق إضافة الدقة الضوئية لـ VLT بالإضافة إلى البيانات من تلسكوب هابل الفضائي في الصور الأخرى.
NGC 4254 ALMA (برتقالي / أحمر) بيانات سحب GMC الباردة المفروضة على بيانات تلسكوب هابل الفضائي ،
الائتمان: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / PHANGS ، S. Dagnello (NRAO) الصورة الأصلية
فسيفساء للكشف عن الحضانة النجمية مع بيانات تلسكوب هابل الفضائي. تُظهر الصور تنوع غيوم GMC المكونة للنجوم من جميع أنحاء الكون القريب. ج. ألما (ESO / NAOJ؟ NRAO) / PHANGS ، S. Dangnello (NRAO)
كمية التفاصيل تهب العقل. هذه ليست صورًا فردية تم التقاطها لكل مجرة بل فسيفساء. للمقارنة ، فإن مرصد تروتييه حيث يمكنني تصوير أندروميدا ، مجرة أقرب بكثير عند 2.4 مليون سنة ضوئية ، في ستة صور فسيفساء. كل مجرة تم تصويرها في مشروع PHANGS-ALMA ، على الرغم من أنها تبعد عشرات الملايين من السنين الضوئية ، هي فسيفساء مكونة من ما يصل إلى مائتي صورة فردية. امتدت عملية تصوير جميع المجرات التسعين على هذا المستوى من التفاصيل لما مجموعه 6 سنوات مما أدى إلى ظهور أطلس جديد من المشاتل النجمية - الجيل القادم من النجوم التي تولد في الكون.
كيف تتشكل النجوم؟ - فيديو فريزر قابيل
تم تصوير 100000 مشتل نجمي بين 90 مجرة مستهدفة. تظهر النتائج أن الموقع في المجرة يمكن أن يغير طبيعة تكوين النجوم. الغيوم في المناطق المركزية من المجرة هي أكثر كثافة وكثافة واضطراب من تلك الموجودة في المناطق البعيدة لقرص المجرة. يبدو أن معدل تشكل الغيوم النجوم ، والتبدد النهائي الناتج للسحابة من قبل تلك النجوم الجديدة التي تنفث الغاز بعيدًا ، جميعها تبعًا لمكان تواجد السحابة في مجرتها الأصلية.
مصفوفة Atacma Large Millimeter / submillimeter (ALMA) مع نيزك دراماتيكي علوي.
ج. الذي - التي/ جيم مالين
وجهة نظر مشتركة
التسهيلات اللازمة لالتقاط هذه الصور قوية ورائعة بحد ذاتها. بدلاً من تلسكوب واحد كبير ، روح عبارة عن مجموعة من 66 طبقًا منتشرة عبر هضبة شاجنانتور في صحراء أتاكاما ، تشيلي. يتم الجمع بين الإشارات التي تم جمعها بواسطة المصفوفة بشكل فعال لإنشاء طبق عملاق واحد. يمكن أيضًا إعادة ترتيب الأطباق الفردية وفقًا لاحتياجات مشروع معين. ال تلسكوب كبير جدا ، التي تقع أيضًا في أتاكاما ، وتتكون من أربعة تلسكوبات ، اثنان منهما بمرايا 8.2 متر ومرايا أصغر بطول 1.8 متر. مثل ALMA ، تعمل التلسكوبات بشكل جماعي بشكل فعال لإنشاء تلسكوب واحد أكبر.
تلسكوب 'Yepun' ، واحد من 4 تلسكوبات VLT التي شوهدت هنا تطلق صاروخ البصريات التكيفية الليزر في السماء والذي يعوض تشويه الغلاف الجوي مما يخلق صورة أكثر وضوحًا. ج. ESO / Y. Beletsky
على الرغم من أن هذه هي الصور الأكثر تفصيلاً من نوعها ، إلا أن الدقة التي حققتها PHANGS-ALMA لا تزال بالكاد في العتبة المطلوبة لتصوير GMCs الفردية في المجرات المستهدفة. ومع ذلك ، الآن بعد أن تم رسم خرائط مناطق تشكل النجوم هذه ، فإن التلسكوبات المستقبلية مثل التلسكوبات التي سيتم إطلاقها قريبًا تلسكوب جيمس ويب الفضائي و ال تلسكوب كبير للغاية (سيكون التالي بعدفائقةكبير على ما أظن) سيكون قادرًا على إعادة زيارة GMCs بدقة كافية للنظيرداخلتقدم الغيوم مزيدًا من الأفكار حول تكوين النجوم.
أصول كونية
كنا في يوم من الأيام جزءًا من سحابة جزيئية عملاقة ، أنت وأنا. كل شيء يتكون من جسمك ، والكمبيوتر الذي تقرأ هذا عليه ، والكوكب الذي نعيش فيه جميعًا ، بدأ من سحابة هائلة من غبار النجوم. إن مستقبل استكشاف الفضاء التلسكوبي مثير للغاية. لن يمتلك جيمس ويب القدرة على دراسة تشكل النجوم في المجرات القريبة فحسب ، بل سيكون لديه أيضًا القدرة على تصوير بعض النجوم الأولى التي ولدت في الكون. سيكون قطر المرآة الأساسية لـ ELT 39 متراً! قبة تحيط بها بحجم ملعب كرة قدم. نحن على حافة الهاوية لآراء الكون على عكس ما رأيناه من قبل ، وفي النهاية فهم جديد لأصولنا في الكون.
الصورة الرئيسية:صورة المجرة NGC 3627 الواقعة في كوكبة المدار الأرضي المنخفض. يتطابق توهج الغاز الذهبي مع سحب الهيدروجين المتأين ، بينما تكشف المناطق المزرقة عن توزع النجوم الأكبر سناً قليلاً. الائتمان: ESO / PHANGS
اتبع ماثيو على انستغرام و تويتر لمزيد من القصص من SPAAAACE!
المزيد للاستكشاف:
الألعاب النارية المجرية: صور جديدة من ESO تكشف عن ميزات مذهلة للمجرات القريبة | ESO (يضم الصور الأصلية)
[2104.07739] PHANGS-ALMA: ثاني أكسيد الكربون في الثانية قوسية (2-1) تصوير المجرات المجاورة المكونة للنجوم (arxiv.org) (بحث مفتوح المصدر منشأ)
PHANGS-HST | IPAC (caltech.edu)
مجرة تصنع نجومًا جديدة أسرع من ثقبها الأسود الذي يستطيع تجويعهم من أجل الوقود - الكون اليوم
الكون في التكوين. يرى هابل 6 أمثلة على دمج المجرات - الكون اليوم
مصفوفة أتاكاما كبيرة المليمتر / المتر | ألما (almaobservatory.org)
