رصيد الصورة: هابل
جمع فريق دولي من علماء الفلك أدلة على أن المجرات تشكلت بسرعة كبيرة بعد الانفجار العظيم. وجد الفريق مجموعة مجرات أولية على بعد أكثر من 12 مليار سنة ضوئية - المجرات صغيرة جدًا بحيث يمكن لعلماء الفلك رؤية موجة من النجوم تتشكل داخلها. هذا يعني أنهم يبلغون من العمر 1.5 مليار سنة فقط ، وهو الوقت الذي كان فيه الكون 10٪ فقط من عمره الحالي. يُعتقد أن هذه المجموعات تشكلت بسرعة كبيرة لأن هذه المناطق كانت كثيفة للغاية بالمواد.
إذا نظرنا إلى الوراء في زمن ما يقرب من 9 مليارات سنة ، وجد فريق دولي من علماء الفلك مجرات ناضجة في كون شاب. المجرات هي أعضاء في مجموعة من المجرات كانت موجودة عندما كان عمر الكون 5 مليارات سنة فقط ، أو حوالي 35 في المائة من عمره الحالي. هذا الدليل القاطع على أن المجرات يجب أن تكون قد بدأت في التشكل بعد الانفجار العظيم مباشرة ، وقد تعززت من خلال الملاحظات التي قام بها نفس الفريق من علماء الفلك عندما أطلوا أبعد من ذلك في الوقت المناسب. وجد الفريق المجرات الجنينية بعد 1.5 مليار سنة فقط من ولادة الكون ، أو 10٪ من عمر الكون الحالي. توجد 'المجرات الصغيرة' في عنقود لا يزال في طور النمو ، وهو أكبر تجمع أولي تم العثور عليه على الإطلاق.
تم استخدام الكاميرا المتقدمة للمسوحات (ACS) على متن تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا لإجراء عمليات رصد للعنقود الهائل ، RDCS 1252.9-2927 ، والعنقود الأولي ، TN J1338-1942. أسفرت الملاحظات التي أجراها مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا عن محتوى الكتلة والعناصر الثقيلة في RDCS 1252 ، وهو أكبر تجمع معروف في تلك الحقبة. هذه الملاحظات هي جزء من جهد منسق من قبل فريق علم ACS لتتبع تكوين وتطور مجموعات المجرات على مدى واسع من الزمن الكوني. تم بناء البنادق ذاتية الدفع خصيصًا لدراسات مثل هذه الأشياء البعيدة.
تدعم هذه النتائج الملاحظات والنظريات القائلة بأن المجرات تشكلت في وقت مبكر نسبيًا في تاريخ الكون. إن وجود مثل هذه التجمعات الضخمة في الكون المبكر يتفق مع النموذج الكوني حيث تتكون العناقيد من اندماج العديد من العناقيد الفرعية في كون تهيمن عليه المادة المظلمة الباردة. ومع ذلك ، لا تزال الطبيعة الدقيقة للمادة المظلمة الباردة غير معروفة.
قدرت دراسة هابل الأولى أن المجرات في RDCS 1252 شكلت الجزء الأكبر من نجومها منذ أكثر من 11 مليار سنة (عند الانزياحات الحمراء أكبر من 3). تم نشر النتائج في عدد 20 أكتوبر 2003 من مجلة الفيزياء الفلكية. المؤلف الرئيسي للورقة هو جون بليكسلي من جامعة جونز هوبكنز في بالتيمور ، ماريلاند.
كشفت دراسة هابل الثانية ، لأول مرة ، عن مجموعة أولية من 'المجرات الوليدة' التي كانت موجودة منذ أكثر من 12 مليار سنة (عند الانزياح الأحمر 4.1). هذه المجرات صغيرة جدًا لدرجة أن علماء الفلك لا يزالون قادرين على رؤية موجة من النجوم تتشكل داخلها. تتجمع المجرات حول مجرة واحدة كبيرة. سيتم نشر هذه النتائج في عدد 1 يناير 2004 من مجلة Nature. المؤلف الرئيسي للصحيفة هو جورج مايلي من مرصد لايدن في هولندا.
أوضح بلاكسلي: 'حتى وقت قريب لم يكن الناس يعتقدون أن التجمعات كانت موجودة عندما كان عمر الكون حوالي 5 مليارات سنة فقط'.
أضافت مايلي: 'حتى لو كانت هناك مثل هذه التجمعات ، فقد اعتقد علماء الفلك حتى وقت قريب أنه كان من المستحيل تقريبًا العثور على العناقيد التي كانت موجودة قبل 8 مليارات سنة. في الواقع ، لم يكن أحد يعرف حقًا متى بدأ التجمع. الآن يمكننا أن نشهده '.
قادت كلتا الدراستين علماء الفلك إلى استنتاج أن هذه الأنظمة هي أسلاف عناقيد المجرات التي نراها اليوم. قال مارك بوستمان من معهد علوم التلسكوب الفضائي في بالتيمور ، ماريلاند ، والمؤلف المشارك لكلا البحثين: 'تبدو مجموعة RDCS 1252 كمجموعة في الوقت الحاضر'. 'في الواقع ، إذا كنت ستضعه بجانب الكتلة الحالية ، فلن تعرف أيها.'
قصة مجموعتين
كيف يمكن أن تنمو المجرات بهذه السرعة بعد الانفجار العظيم؟ قال بلاكسلي: 'إنها حالة الأغنياء الذين يزدادون ثراءً'. 'نمت هذه المجموعات بسرعة لأنها تقع في مناطق كثيفة للغاية ، لذلك هناك ما يكفي من المواد لبناء المجرات الأعضاء بسرعة كبيرة.'
تم تعزيز هذه الفكرة من خلال ملاحظات الأشعة السينية للعنقود الهائل RDCS 1252. قدم تشاندرا و XMM-Newton التابع لوكالة الفضاء الأوروبية لعلماء الفلك القياسات الأكثر دقة حتى الآن لخصائص سحابة هائلة من الغاز الساخن تنتشر في الكتلة الهائلة. هذا الغاز الذي تبلغ قوته 160 مليون درجة فهرنهايت (70 مليون درجة مئوية) هو خزان لمعظم العناصر الثقيلة في الكتلة ومقتفي دقيق لكتلته الإجمالية. ستنشر ورقة بييرو روساتي من المرصد الأوروبي الجنوبي (ESO) وزملاؤه والتي تقدم ملاحظات الأشعة السينية لـ RDCS 1252 في يناير 2004 في المجلة الفلكية.
قالت روساتي ، التي اكتشفت العنقود بواسطة تلسكوب روسات للأشعة السينية: 'إن رؤية شاندرا الحادة حللت شكل هالة الغاز الساخن وأظهرت أن RDCS 1252 ناضج جدًا بالنسبة لعمرها'.
قد يحتوي RDCS 1252 على عدة آلاف من المجرات. ومع ذلك ، فإن معظم هذه المجرات أضعف من أن تكتشفها. لكن 'العيون' القوية للـ ACS حددت عدة مئات منهم. قدمت الملاحظات باستخدام التلسكوب الكبير جدًا (VLT) التابع لـ ESO قياسًا دقيقًا للمسافة إلى العنقود. مكنت البنادق ذاتية الدفع الباحثين من تحديد أشكال وألوان المجرات المائة بدقة ، وتوفير معلومات عن أعمار النجوم المقيمة فيها. قدر فريق ACS أن معظم النجوم في العنقود قد تشكلت بالفعل عندما كان عمر الكون حوالي ملياري سنة. علاوة على ذلك ، أظهرت ملاحظات الأشعة السينية أنه بعد 5 بلايين سنة من الانفجار العظيم ، تم إثراء الغاز الساخن المحيط بعناصر ثقيلة من هذه النجوم وقد جُرف بعيدًا عن المجرات.
إذا كانت معظم المجرات في RDCS 1252 قد وصلت إلى مرحلة النضج واستقرت في مرحلة البلوغ الهادئ ، فإن المجرات المتكونة في العنقود الأولي البعيد تكون في شبابها النشط وغير المنضبط.
يحتوي العنقود الأولي TN J1338 على مجرة جنينية ضخمة محاطة بمجرات نامية أصغر ، والتي تبدو كنقاط في صورة هابل.
تنتج المجرة المهيمنة نفاثات إشعاعية مذهلة ، يغذيها ثقب أسود هائل في أعماق نواة المجرة. يمكن للتفاعل بين هذه النفاثات والغاز أن يحفز سيلًا من ولادة النجوم.
دفع اكتشاف المجرة الراديوية النشطة بواسطة التلسكوبات الراديوية علماء الفلك إلى البحث عن المجرات الأصغر التي تشكل الجزء الأكبر من الكتلة.
قال مايلي: 'الحشود الضخمة هي مدن الكون ، والمجرات الراديوية بداخلها هي المداخن التي يمكننا استخدامها للعثور عليها عندما تبدأ للتو في التكون'.
تؤكد النتيجتان على قوة الجمع بين الملاحظات من العديد من التلسكوبات المختلفة التي قدمت مناظر للكون البعيد في مجموعة من الأطوال الموجية. قدمت كاميرا هابل المتقدمة معلومات مهمة عن بنية كل من مجموعات المجرات البعيدة. قدمت رؤية شاندرا والأشعة السينية XMM-Newton القياسات الأساسية للغاز البدائي الذي تم تضمين المجرات في RDCS 1252 فيه ، وتقديرات دقيقة للكتلة الإجمالية الموجودة داخل تلك المجموعة. قدمت التلسكوبات الأرضية الكبيرة ، مثل VLT ، قياسات دقيقة لمسافة كلتا المجموعتين بالإضافة إلى التركيب الكيميائي للمجرات الموجودة فيهما.
يجري فريق ACS مزيدًا من الملاحظات للعناقيد البعيدة لترسيخ فهمنا لكيفية تطور هذه المجموعات الصغيرة ومجراتها إلى شكل الأشياء التي نراها اليوم. تتضمن ملاحظاتهم المخططة استخدام ملاحظات الأشعة تحت الحمراء القريبة لتحليل معدلات تشكل النجوم في بعض المجموعات المستهدفة ، بما في ذلك RDCS 1252 ، لقياس التاريخ الكوني لتكوين النجوم في هذه الهياكل الضخمة. يبحث الفريق أيضًا في المناطق المحيطة بالعديد من المجرات الراديوية البعيدة جدًا بحثًا عن أمثلة إضافية للعناقيد الأولية. الهدف العلمي النهائي للفريق هو إنشاء صورة كاملة لتطور الكتلة بدءًا من التكوين في العصور المبكرة وتفصيل التطور حتى اليوم.
المصدر الأصلي: بيان هابل الإخباري
