'أبعد مجرة شوهدت حتى الآن!' ألم نسمع ذلك من قبل؟ (ارى هنا و هنا ، على سبيل المثال.) في حين أنه من الصحيح أن علماء الفلك يستمرون في الدفع بعيدًا في الوقت المناسب باستخدام أدوات أفضل ، إلا أن هناك تحديات أساسية في كل من مراقبة وقياس المسافات إلى أقدم المجرات في الكون.
هذا هو سبب أهمية هذه الملاحظة الجديدة لمجرة تشكلت بعد حوالي 700 مليون سنة من الانفجار العظيم. بينما تم التعرف على عشرات المجرات التي تشكلت في تلك الحقبة ، قام علماء الفلك بقياس مسافات دقيقة فقط لخمسة منها. تمثل هذه المجرة السادسة ، وهي الأبعد بين المجموعة. ربما كان الأمر أكثر أهمية من قياس المسافة ، فقد قرر الباحثون أن هذه المجرة ولدت نجوماً جديدة بمعدل يزيد 100 ضعف عن معدل مجرة درب التبانة اليوم. يشير هذا إلى أن المجرات المبكرة ربما كانت أكثر عدوانية فيما يتعلق بتكوين النجوم مما كان يُعتقد سابقًا.
إلى ورقة جديدة نشرت فيطبيعة سجية يصف (تحذير الجدار غير المدفوع) قياس الانزياح الأحمر لمجرة تم تحديدها في المسح الكوني للأشعة تحت الحمراء القريبة من الفضاء الخارجي (CANDELS) ، والذي يستخدم مطياف الأشعة تحت الحمراء على تلسكوب كيك في هاواي. بسبب هذه المسافة الشاسعة ، لا يرى تلسكوب هابل الفضائي المجرة في نطاقاته الضوئية ، لكنه مصدر ساطع في الأشعة تحت الحمراء ، لكل من هابل وتلسكوب سبيتزر الفضائي. الانزياح الأحمر ، إذا كنت تتذكر ، هو مقياس لمدى سرعة تحرك المجرة بعيدًا عنا مع توسع الكون ؛ كلما زاد الانزياح نحو الأحمر ، كلما ابتعدت تلك المجرة - وبالتالي كلما انبعث الضوء الذي نراه منذ وقت طويل. مع نمو الكون ، فإنه يتمدد الطول الموجي للضوء بشكل متناسب. وبهذه الطريقة ، فإن الضوء المرئي أو حتى الأشعة فوق البنفسجية الشائعة في النجوم تنتقل إلى الأحمر إلى جزء الأشعة تحت الحمراء من الطيف.
في هذه الحالة ، قاس علماء الفلك الانزياح الأحمر للمجرة z8_GND_5296 (هناك اسم لا يُنسى بالنسبة لك) ليكون 7.51 ، وهو ما يُترجم إلى ما يقرب من 13 مليار سنة ضوئية. لقد حددوا هذا الرقم عن طريق قياس انبعاثات ليمان ألفا (Ly α) من غاز الهيدروجين ، وهو أمر شائع جدًا ويصعب قياسه في مثل هذه المسافات الكبيرة. يبلغ حجم ضوء Ly α المنبعث من غاز الهيدروجين في موقعنا حوالي 122 نانومتر ، بقوة في الجزء فوق البنفسجي من الطيف ، لكن الانبعاث المقابل من z8_GND_5296 يبلغ حوالي 1034 نانومتر ، وهو الأشعة تحت الحمراء. (للحصول على الانزياح الأحمر ، قسّم الرقم الأكبر على الأصغر واطرح 1. لسوء الحظ ، العلاقة بين الانزياح الأحمر والمسافة ليست بهذه البساطة.)
ومع ذلك ، ليست كل مجرة على مسافات مماثلة لها انبعاثات قابلة للقياس من Ly α: يبدو أن شيئًا ما يمنع الكثير من هذا الضوء من الوصول إلينا. الفكرة الرئيسية هي الغاز المحايد بين المجرات الذي يشتت الضوء ، ولكن هناك عدد قليل جدًا من المجرات التي لوحظت لتأكيد هذه الفرضية. نتيجة لذلك ، في حين أن هناك العشرات من المجرات ذات الانزياح الأحمر أكبر من 7 (لا يحددها الطيف بل اللون الظاهر للمجرة) ، لا يمكن التحقق من الانزياح الأحمر مرتين في أغلب الأحيان. تشير هذه الورقة إلى 43 مجرة مبكرة ، لكن واحدة فقط من تلك العينة كانت لها انبعاثات قابلة للقياس من Ly α.
والأكثر إثارة للاهتمام ، أن المجرة z8_GND_5296 غنية نسبيًا 'بالمعادن': عناصر أثقل من الهيليوم. نظرًا لأن هذه العناصر تنتجها النجوم بدلاً من الانفجار العظيم ، فهذا يشير إلى دورة سريعة جدًا لولادة النجوم وموتها حتى في الوقت الذي تنبعث فيه هذه المجرة الضوء الذي نلاحظه.
ولدعم هذا التأكيد ، وجد مؤلفو الدراسة الحالية أن z8_GND_5296 ومجرة مشابهة مُصنَّفة GN 108036 تتمتع بمعدلات عالية جدًا في تكوين النجوم ، وتحويل ما يعادل 330 شمسًا من الكتلة إلى نجوم جديدة. هذا يزيد عن 100 ضعف معدل تشكل النجوم في مجرة درب التبانة ، ويمكن مقارنته ببعض أكثر المجرات تكوّنًا للنجوم تطرفاً. كان يُعتقد سابقًا أن هذه المجرات نادرة ، لذلك قد يحتاج علماء الفلك إلى مراجعة تقديراتهم حول السرعة التي تشكلت بها النجوم الجديدة في المجرات المبكرة.
بغض النظر عن أي شيء ، سيكون من المثير للاهتمام أن نرى كيف تبدو المجرات المبكرة الأخرى مع تحسن ملاحظاتنا. بدون ذلك ، لن نعرف ما إذا كان z8_GND_5296 نادرًا في تشكيل نجمه المتطرف ، أو نفهم لماذا يكون ساطعًا نسبيًا في انبعاثات Ly α بينما أشقائه ليسوا كذلك. وربما سنجد التقسيم الزمني بين عصر بلا مجرات وأول مجرات تشكلت.
