جامعة بن غوريون في النقب شريك في الاكتشاف بمساعدة نموذج حاسوبي لعدسة الجاذبية
اكتشف فريق دولي من علماء الفلك بمساعدة التلسكوب الراديوي ALMA في صحراء أتاكاما في تشيلي، مجرة دوارة جديدة لا يتجاوز حجمها جزء من مائة من حجم درب التبانة. يمكن رؤية المجرة الناشئة عندما كان عمر الكون 7% فقط من عمره الحالي. وبفضل ظاهرة تبريد الجاذبية، تمكن الفريق لأول مرة من دراسة طبيعة "المجرات الطبيعية" في الكون المبكر - وهي مجرات صغيرة و"داكنة" نسبيا، والتي تمثل التجمع الرئيسي للمجرات الأولى. ويساعد هذا الاكتشاف بشكل كبير على فهم المراحل الأولى في تطور المجرات.
وقال نيكولا لابورت، زميل بارز في جامعة كامبريدج: "العديد من المجرات في الكون المبكر كانت صغيرة جدًا وبعيدة لدرجة أنها ليست مشرقة بما يكفي لرصدها حتى بواسطة أكبر التلسكوبات على الأرض أو في الفضاء". "ومع ذلك، فإن الضوء القادم من المجرة المسماة RXCJ0600-z6 تم تعزيزه بشكل كبير من خلال إعادة تدوير الجاذبية، مما يجعلها هدفًا مثاليًا لدراسة خصائص وبنية المجرات الناشئة النموذجية."
انحناء الجاذبية هو ظاهرة طبيعية حيث ينحني الضوء المنبعث من جسم بعيد بواسطة مجال الجاذبية لجسم ضخم مثل المجرة أو مجموعة المجرات. اسم "عدسة الجاذبية" مشتق من حقيقة أن مجال الجاذبية للجسم الضخم يعمل مثل العدسة. عندما ننظر من خلال عدسة الجاذبية، يشتد ضوء الأجسام البعيدة وتتمدد أشكالها كما لو كنا ننظر من خلال عدسة مكبرة عملاقة. أي أنه في الحقيقة "تلسكوب كوني طبيعي" في الفضاء.
يستخدم التعاون الدولي ALMA Lensing Cluster Survey (ALCS) - تلسكوب ALMA الراديوي للبحث عن العديد من المجرات في الكون المبكر والتي تم تضخيمها بواسطة عدسة الجاذبية. وبسبب التضخيم الناتج عن ظاهرة التعتيم، يستطيع التلسكوب رؤية المجرات الخافتة.
الدكتور عدي تزيترين، عضو هيئة التدريس في قسم الفيزياء في جامعة بن غوريون في النقب، هو عضو في التعاون الدولي ALCS ومن بين المؤلفين الرئيسيين لأحد المقالات الاكتشافية. "إن مساهمتنا الرئيسية في الاكتشاف كانت على مستويين: أولاً، قمنا ببناء نموذج حاسوبي لعدسة الجاذبية التي أمكن من خلالها تحليل شوائب المجرة والتعرف على خصائصها الداخلية. ثانيا، ساعدتنا الأرصاد الطيفية للمجرة من تلسكوب جيميني على جبل مونا كيا في هاواي، في تحديد المسافة إليها وبالتالي تأكيد خطوط الانبعاث التي شوهدت في تلسكوب ألما.
لماذا من الضروري دراسة المجرات الخافتة في الكون المبكر؟
لماذا من الضروري دراسة المجرات الخافتة في الكون المبكر؟ تتنبأ الحسابات النظرية والمحاكاة العددية بأن معظم المجرات الأولى، التي تشكلت بعد بضع مئات الملايين من السنين بعد الانفجار الكبير، كانت صغيرة، وبالتالي شاحبة. على الرغم من أنه تم رصد عدد من المجرات في الكون المبكر سابقًا، إلا أنه نظرًا لقدرات التلسكوبات التي تمت دراستها، اقتصرت على الأجسام الأكثر ضخامة، وبالتالي المجرات الأقل تمثيلاً في الكون المبكر. الطريقة الوحيدة لفهم التكوين القياسي للمجرات الأولى والحصول على صورة كاملة لتكوين المجرات هي التركيز على المجرات الخافتة والأكثر شيوعًا.
نفذ فريق ALCS برنامج مراقبة واسع النطاق مدته 95 ساعة، وهي فترة طويلة جدًا على تلسكوب ALMA، لمراقبة المناطق المركزية لـ 33 مجموعة مجرية تشكل عدسات الجاذبية. تقع إحدى العناقيد، RXC0600-2007، في اتجاه كوكبة "الأرنب"، وتبلغ كتلتها مليون مليار مرة (10^15) كتلة شمسنا. اكتشف الفريق باستخدام ALMA مجرة بعيدة متأثرة بهذا "التلسكوب الطبيعي". كشف اكتشاف الضوء الصادر عن أيونات الكربون والغبار النجمي في المجرة، بالإضافة إلى البيانات المأخوذة من تلسكوب جيميني، أن المجرة تظهر بعد حوالي 900 مليون سنة من الانفجار الأعظم (منذ 12.9 مليار سنة). اقترح التحليل باستخدام نموذج عدسة الجاذبية أن جزءًا من هذا المصدر ظهر أكثر سطوعًا بمقدار 160 مرة مما كان سيظهر بدون عدسة الجاذبية.
من خلال رسم خريطة دقيقة لتوزيع الكتلة في العنقود المجري، من الممكن "إلغاء" تأثير غبار الجاذبية واستعادة المظهر الأصلي للجسم المكبر. من خلال الجمع بين البيانات من تلسكوب هابل الفضائي والتلسكوب الكبير جدًا التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي مع النموذج النظري، تمكن الفريق من إعادة بناء الشكل الفعلي للمجرة البعيدة RXCJ0600-z6. تبلغ الكتلة الإجمالية لهذه المجرة حوالي 2 إلى 3 مليارات مرة كتلة شمسنا، أي حوالي 1/100 من كتلة مجرتنا درب التبانة.
ما أذهل الفريق هو أن RXCJ0600-z6 يدور. تقليديا، يُعتقد أن الغاز الموجود في المجرات الصغيرة لديه حركة عشوائية وفوضوية. اكتشف الباحثون مؤخرًا عددًا من المجرات الشابة التي تدور بشكل أكثر انتظامًا والتي تتحدى الإطار النظري التقليدي، لكنها كانت أكثر سطوعًا (وأكبر) من RXCJ0600-z6.
يقول كوتارو كوهانو، الأستاذ في جامعة كاليفورنيا: "توضح دراستنا، لأول مرة، أنه يمكننا قياس الحركة الداخلية بشكل مباشر لمثل هذه المجرات الخافتة (الأقل كتلة) في الكون المبكر، ومقارنتها بالتنبؤات النظرية". طوكيو وقائد فريق ALCS.
يوضح سيجي فوجيموتو من معهد نيلز بور: "حقيقة أن RXCJ0600-z6 يتم تضخيمها بشكل كبير تجعلنا نطور توقعات للبحث المستقبلي". "لقد تم اختيار هذه المجرة، إلى جانب عدة مئات من المجرات الأخرى، للمراقبة بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، وهو التلسكوب الفضائي من الجيل التالي الذي سيتم إطلاقه هذا الخريف. ومن خلال عمليات الرصد المشتركة مع ALMA وJWST، سنكشف عن خصائص الغاز والنجوم في المجرة الشابة وحركاتها الداخلية. عندما يتم الانتهاء من بناء التلسكوبات العملاقة مثل تلسكوب الثلاثين مترا والتلسكوب الكبير للغاية، سيكونون قادرين على اكتشاف مجموعات النجوم في هذه المجرة وربما حتى العثور على نجوم فردية. يوجد حاليًا مثال على تسارع الجاذبية الذي ساعد على رؤية نجم واحد على مسافة 9.5 مليار سنة ضوئية، وهذا البحث لديه القدرة على زيادة هذا النطاق إلى المليار سنة الأولى على الأقل من عمر الكون.
ويختتم الدكتور تزيترين قائلاً: "إنه لأمر رائع أن نرى العلم أصبح ممكناً بمساعدة ظاهرة تبريد الجاذبية في السنوات الأخيرة". "إن استخدام ظاهرة التعتيم، خاصة مع التلسكوبات الجديدة التي يتم بناؤها حاليًا مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، سيؤدي بالتأكيد إلى المزيد من الاكتشافات الجديدة والمثيرة في السنوات القادمة."
تم الحصول على البيانات من تلسكوب جيميني المستخدم في البحث من خلال اتفاقية بين رابطة الجامعات لأبحاث علم الفلك (AURA - رابطة الجامعات لأبحاث علم الفلك) وجامعة بن غوريون في النقب. .
تم دعم البحث من قبل جمعية تعزيز العلوم في اليابان، KAKENH، وبرنامج البحث العلمي المشترك لمجلس البحوث الأوروبي (ERC) ضمن برنامج الاتحاد الأوروبي للبحث والابتكار 2020، ومؤسسة البحوث المستقلة الدنماركية، والمؤسسة الوطنية الدنماركية للبحوث. مؤسسة، مؤسسة كافلي، ANID، مبادرة الألفية للعلوم، مجلس الأبحاث السويدي وكيرين كنوت وأليس والنبرغ. تم دعم هذا العمل جزئيًا من قبل برنامج الأبحاث المشترك التابع لمعهد أبحاث الأشعة الكونية (ICRR)، جامعة طوكيو.
مصفوفة أتاكاما المليمترية/دون المليمترية الكبيرة (ALMA)، وهي منشأة دولية لعلم الفلك، هي شراكة بين منظمة البحوث الفلكية الأوروبية لنصف الكرة الجنوبي (ESO)، ومؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية (NSF)، والمعاهد الوطنية للعلوم الطبيعية (NINS) في الولايات المتحدة. اليابان بالتعاون مع جمهورية تشيلي. يتم تمويل ALMA من قبل ESO نيابة عن الدول الأعضاء فيها، ومن قبل NSF بالتعاون مع المجلس الوطني للبحوث في كندا (NRC) ووزارة العلوم والتكنولوجيا (MOST) ومن قبل NINS بالتعاون مع Academia Sinica (AS) في تايوان. والمعهد الكوري لعلم الفلك وعلوم الفضاء (KASI). تتم إدارة بناء وتشغيل ALMA من قبل ESO نيابة عن الدول الأعضاء فيها؛ بواسطة المرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي (NRAO)، الذي تديره شركة Associated Universities, Inc. (AUI)، نيابة عن أمريكا الشمالية؛ والمرصد الفلكي الوطني الياباني (NAOJ) نيابة عن شرق آسيا. يوفر مرصد ALMA المشترك (JAO) القيادة والإدارة الموحدة لإنشاء وتشغيل وتشغيل ALMA.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
