يجذب سلوك المجرات في بدايات الكون الكثير من اهتمام الباحثين. في الواقع ، يخضع كل شيء عن الكون المبكر لفحص علمي مكثف لأسباب واضحة. ولكن على عكس النجوم الأولى للكون ، والتي ماتت جميعًا منذ فترة طويلة ، فإن المجرات التي نراها حولنا - بما في ذلك مجراتنا - كانت هنا منذ الأيام الأولى.
يقول التفكير العلمي الحالي أنه في الأيام الأولى للكون ، نمت المجرات ببطء ، واستغرقت مليارات السنين لتصبح ما هي عليه الآن. لكن الملاحظات الجديدة تظهر أنه قد لا يكون الأمر كذلك.
الملاحظات الجديدة من مسح يسمى ألبين (برنامج ALMA الكبير للتحقيق في C + في الأوقات المبكرة). ALPINE هو برنامج يدرس خصائص الغاز والغبار للمجرات الشابة خلال مرحلة النمو المبكرة في الانزياحات الحمراء ض = 4-6.
'لدهشتنا ، كان الكثير منهم أكثر نضجًا مما توقعنا.'
أندرياس فايسست ، IPAC في Caltech
وجد الاستطلاع أن العديد من المجرات شهدت طفرة في النمو بين 1 و 1.5 مليار سنة بعد الانفجار العظيم. خلال طفرة النمو هذه ، اكتسبت المجرات كمية كبيرة من كتلتها النجمية وغبارها. تطورت أيضًا إلى مجرات حلزونية نراها اليوم واكتسبت محتوى ثقيلًا من العناصر.
في مسح ALPINE ، نظر فريق دولي من علماء الفلك في 118 من هذه المجرات المبكرة التي خضعت لطفرات النمو.
Andreas Faisst هو أحد الباحثين المشاركين في ALPINE. Faisst هو باحث في مركز المعالجة والتحليل بالأشعة تحت الحمراء (IPAC) في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (Caltech) وهو أيضًا الباحث الرئيسي الرئيسي في ALPINE في الولايات المتحدة الأمريكية. في خبر صحفى قال: 'لدهشتنا ، كان الكثير منهم أكثر نضجًا مما توقعنا'.
يقوم مشروع ALPINE بمسح المجرات التي يعود تاريخها إلى ما بين 1 و 1.5 مليار سنة بعد الانفجار العظيم. في ذلك العمر ، كانت المجرات في مرحلة انتقالية بين البدائية والناضجة. تعتبر المرحلة الانتقالية حاسمة في فهم كيفية تشكل المجرات وتطورها. حقوق الصورة: ALPINE
العنصر الثقيل الذي يحتوي على الغبار في المجرة هو ما يميز المجرات الفتية عن المجرات الناضجة. تحتوي المجرات الناضجة فقط على كميات أكبر من الغبار والمعادن ، لأنها منتج ثانوي للنجوم المحتضرة. لم تكن المجرات الفتية موجودة لفترة كافية لتموت أجيال من النجوم وخلق الغبار والمعادن.
عندما نظر الباحثون إلى 118 مجرة شابة فوجئوا برؤية الكثير من الغبار والكثير من المعادن. يشير وجودهم إلى أنه كان هناك بالفعل نشاط نجمي أكثر مما كان يُعتقد. قال فايسست: 'لم نتوقع رؤية الكثير من الغبار والعناصر الثقيلة في هذه المجرات البعيدة'.
دانيال شيرير من جامعة جنيف عالم آخر مشارك في ALPINE. قال Schaerer: 'من الدراسات السابقة ، أدركنا أن مثل هذه المجرات الفتية فقيرة بالغبار'. وأضاف: 'ومع ذلك ، وجدنا أن حوالي 20 في المائة من المجرات التي تم تجميعها خلال هذه الحقبة المبكرة مغبرة جدًا بالفعل وجزءًا كبيرًا من الضوء فوق البنفسجي من النجوم حديثة الولادة مخفي بالفعل بواسطة هذا الغبار'.
هاتان اثنتان من المجرات في الكون المبكر والتي لاحظتها ALMA في موجات الراديو. تعتبر المجرات أكثر نضجًا من المجرات البدائية لأنها تحتوي على كميات كبيرة من الغبار (أصفر). كشفت ALMA أيضًا عن الغاز (الأحمر) ، والذي يستخدم لقياس تشكل النجوم والحركات المحجوبة في المجرات.
الائتمان: B. Saxton NRAO / AUI / NSF ، ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) ، فريق ALPINE.
سؤال آخر حول المجرات المبكرة هو متى أسست الدوران ، ومتى أثر ذلك على بنيتها. تدور المجرات الحلزونية مثل مجرتنا درب التبانة ، وهذا يخلق البنية الحلزونية. أظهر العديد من المجرات في الدراسة علامات على أقراص مدعومة بالتناوب وهياكل متنوعة.
هذا يتعارض مع التوقعات.
وفقًا للتفكير المقبول ، يجب أن تكون المجرات المبكرة أكثر فوضوية وفوضى. كان من المفترض أن تمنع الاصطدامات والاندماجات المتكررة الكثير من الهياكل من الظهور في مثل هذا العصر الكوني الصغير. قال جون سيلفرمان من معهد كافلي للفيزياء والرياضيات في اليابان: 'نرى العديد من المجرات التي تصطدم ، لكننا نرى أيضًا عددًا منها يدور بطريقة منظمة دون أي علامات على الاصطدام'.
رسم متحرك للفنان لمجرة في الكون المبكر مليئة بالغبار وتظهر العلامات الأولى لقرص مدعوم دورانيًا. في هذه الصورة ، يمثل اللون الأحمر الغاز ، ويمثل اللون الأزرق / البني الغبار كما يظهر في موجات الراديو باستخدام ALMA. تظهر العديد من المجرات الأخرى في الخلفية ، بناءً على البيانات الضوئية من VLT و Subaru.
الائتمان: B. Saxton NRAO / AUI / NSF، ESO، NASA / STScI؛ NAOJ / سوبارو
لاحظ علماء الفلك المجرات البعيدة من هذه الفترة الزمنية من قبل ، مثل مامبو -9 وولف ديسك. MAMBO-9 مترب للغاية ، و وولف ديسك يحتوي على قرص دوار ، لذا فقد كانت أدلة على أن المجرات يمكن أن تنضج بشكل أسرع مما كان يعتقد. لكنها ربما كانت متطرفة ، وقد تطلب الأمر مسحًا أكبر مثل ALPINE لإعطاء الباحثين صورة أوضح.
انطباع فني عن قرص الذئب ، وهو مجرة قرصية ضخمة تدور في بداية الكون الغباري. تم اكتشاف المجرة في البداية عندما فحص ALMA الضوء القادم من كوازار أبعد (أعلى اليسار). الائتمان: NRAO / AUI / NSF ، S. Dagnello
ولكن على الرغم من أن ALPINE قد حددت عددًا قليلاً من هؤلاء الذين حققوا الإنجازات المبكرة ، إلا أن علماء الفلك ما زالوا لا يعرفون كيف نشأوا بسرعة كبيرة ولماذا يمتلك بعضهم أقراصًا دوارة في مثل هذه السن المبكرة.
روح لعب (مصفوفة أتاكاما كبيرة المليمتر / المليمترات الصغيرة) دورًا كبيرًا في هذا العمل. إنه تلسكوب لاسلكي قوي للغاية ، وهذا ما نحتاجه لرؤية هذه المجرات البعيدة. في حين أن العديد من هذه المجرات غير مرئية بشكل أساسي في الضوء البصري والأشعة تحت الحمراء ، إلا أنها يمكن أن تتألق بشكل ساطع في إشعاع المليمتر وما دون المليمتر. في حين أن الأشعة الضوئية والأشعة تحت الحمراء لا يمكنها اختراق المناطق المتربة حيث تتشكل النجوم ، أو حركة الغاز في هذه المجرات ، فإن ALMA تستطيع ذلك. في الواقع ، تفوت التلسكوبات الضوئية والأشعة تحت الحمراء أحيانًا مجرات بأكملها.
'مع ALMA اكتشفنا عددًا قليلاً من المجرات البعيدة لأول مرة. قال لين يان من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا: 'نطلق على هذه Hubble-dark حيث لا يمكن اكتشافها حتى باستخدام تلسكوب هابل'.
ثلاثة من الأطباق التي تتكون منها مجموعة أتاكاما الكبيرة المليمترية / الفرعية (ALMA). حقوق الصورة: H. Calderón - ALMA (ESO / NRAO / NAOJ)
يعتزم الفريق الاستمرار في استخدام قوة ALMA لمحاولة فهم سبب نضج هذه المجرات الفتية. بينما كان ALPINE عبارة عن مسح استخدم 70 ساعة من وقت المراقبة ، إلا أنهم يرغبون في استخدام ALMA لمراقبة المجرات الفردية لفترات أطول من الوقت. 'نريد أن نرى مكان الغبار بالضبط وكيف يتحرك الغاز. وأضاف باولو كاساتا من جامعة بادوفا في إيطاليا ، سابقًا بجامعة فالبارايسو في تشيلي ، نريد أيضًا مقارنة المجرات المتربة بالمجرات الأخرى الموجودة على نفس المسافة ومعرفة ما إذا كان هناك شيء مميز حول بيئاتهم.
لا تستطيع ALMA القيام بهذا العمل بمفردها بالطبع. يعد ALPINE أكبر مسح من هذا النوع ، حيث تم استخدام تلسكوبات متعددة بأطوال موجية مختلفة لدراسة المجرات في بدايات الكون. تم استخدام أسطول كامل من النطاقات البصرية ، بما في ذلك Hubble و Keck و VLT. و سبيتزر تم استخدام قدرات الأشعة تحت الحمراء أيضًا. من المستحيل فهم تاريخ المجرات البعيدة بدون ملاحظات عبر أطوال موجية متعددة.
قال ماثيو بيثرمين من مختبرات أستروفيزيك دي مرسيليا في فرنسا: 'مثل هذا المسح الكبير والمعقد ممكن فقط بفضل التعاون بين العديد من المعاهد في جميع أنحاء العالم'.
