ووفقا للنتائج الرائدة، كانت المجرات الأولى صغيرة ومعتمة. لقد كانت أكثر قتامة من المجرات اليوم، حيث حولت أقل من 5% فقط من غازها إلى نجوم. كما أن المجرات الأولى لم تصدر إشعاعات راديوية ذات كثافة أعلى بكثير مما نراه اليوم. * البحث المنشور في مجلة Nature Astronomy أشرف عليه البروفيسور رينان باركانا من جامعة تل أبيب
نجح فريق دولي من علماء الفيزياء الفلكية، بقيادة البروفيسور رينان باركانا من كلية الفيزياء وعلم الفلك بجامعة تل أبيب، لأول مرة في التوصيف الإحصائي للمجرات الأولى في الكون - التي تشكلت بعد حوالي 200 مليون سنة فقط من الانفجار الكبير . ووفقا للنتائج الرائدة، كانت المجرات الأولى صغيرة ومعتمة. لقد كانت أكثر قتامة من المجرات اليوم، حيث حولت أقل من 5% فقط من غازها إلى نجوم. كما أن المجرات الأولى لم تصدر إشعاعات راديوية ذات كثافة أعلى بكثير مما نراه اليوم.
وأجريت الدراسة الجديدة بالتعاون مع مجموعة SARAS، بقيادة المجموعة البحثية في جامعة كامبريدج في إنجلترا من قبل الدكتورة أناستاسيا فيالكوف، التي كانت هي نفسها طالبة دكتوراه للبروفيسور باركانا في جامعة تل أبيب. ونشرت نتائج البحث الرائد في مجلة Nature Astronomy المرموقة.
يوضح البروفيسور باركانا: "هذا مجال جديد للغاية والدراسة الأولى من نوعها". "نحن نحاول فهم النجوم الأولى في الكون، والتي تسمى "الفجر الكوني"، بعد حوالي 200 مليون سنة من الانفجار الأعظم. على سبيل المثال، لا يستطيع تلسكوب جيمس ويب الفضائي الجديد رؤية هذه النجوم، ولكن بعض المجرات شديدة السطوع من فترة لاحقة قليلاً. طموحنا هو النجاح في توصيف جميع سكان النجوم الأولى."
وفقًا للنموذج المقبول، قبل أن تبدأ النجوم بدمج عناصر أثقل في مراكزها، لم يكن كوننا أكثر من سحابة من ذرات الهيدروجين من الانفجار الكبير (بالإضافة إلى المادة المظلمة). وحتى اليوم يتكون معظم الكون من غاز الهيدروجين، ولكن في الكون الحديث يتأين معظم هذا الهيدروجين بسبب إشعاع النجوم.
يقول البروفيسور باركانا: "تبعث ذرات الهيدروجين بشكل طبيعي إشعاعًا كهرومغناطيسيًا يبلغ طوله الموجي 21 سم، وهو يقع في نطاق الراديو". "بما أن الإشعاع الصادر من النجوم غيّر الإشعاع المنبعث من ذرات الهيدروجين، فإن الفكرة هي استخدام الهيدروجين ككاشف للنجوم الأولى: إذا تمكنا من رؤية تأثيرها على الهيدروجين، يمكننا أن نعرف متى ولدت، وكيف لقد رتبوا أنفسهم في المجرات، الخ. أنا من أوائل المنظرين الذين طوروا هذه الفكرة منذ 20 عامًا، ولكن من وجهة نظر المراقبة لم يتمكنوا من تطبيقها إلا الآن. وهناك في جميع أنحاء العالم عدة مجموعات بحثية تحاول اكتشاف إشارة 21 سم للهيدروجين في الكون القديم.
إحدى هذه المجموعات هي EDGES، التي تستخدم هوائي راديو صغير نسبيًا يقيس متوسط الإشعاع الراديوي للسماء بالكامل القادم من فترات مختلفة من الفجر الكوني. وفي عام 2018، أعلنت مجموعة EDGES أنهم عثروا على إشارة 21 سم من ذرات الهيدروجين القديمة.
يقول البروفيسور باركانا: "المشكلة هي أنه من الصعب الإقناع بأنها بالفعل إشارة ذرات الهيدروجين الأولى التي امتصت الإشعاع من النجوم الأولى، وليست إشارة من التوصيل الكهربائي للتراب تحت الهوائي". "ولهذا السبب انتظروا قياسًا مستقلاً آخر من شأنه أن يؤكد أو ينفي النتائج، وبالفعل أجرى علماء الفلك في الهند في العام الماضي تجربة أخرى تسمى ساراس. هذه المرة طفو الهوائي في البحيرة، بحيث لا يمكن للمياه المتجانسة أن تنتج تداخلًا يشبه الإشارة، ووفقًا لنتائجهم، هناك احتمال بنسبة 95٪ أن تكون إشارة EDGES مثل هذا التداخل. لقد عثر SARAS بالفعل على الكتلة العلوية للإشارة في السماء، ووجدها أضعف بكثير من الإشارة التي يزعم أن EDGES وجدتها. وبافتراض أن قياس SARAS جيد وصحيح، فقد تحققنا من آثاره على المجرات الأولى، أي ما هي خصائصها حسب الحد الأعلى للإشارة. وهذه هي المرة الأولى التي نستطيع فيها القول إنه لم يكن هناك احتمال لوجود مجرات من نوع معين في مثل هذه الفترة المبكرة".
ويخلص البروفيسور باركانا إلى أن: "المجرات اليوم، مثل مجرتنا درب التبانة، تنبعث منها الكثير من موجات الراديو. لقد وضعنا الحد الأعلى الأول لمعدل إنتاج النجوم في المجرات المبكرة، وكذلك لإجمالي انبعاثاتها الراديوية. وهذه فقط مجرد البداية. وفي كل عام يتم إجراء المزيد من التجارب المتطورة، ونتيجة لذلك يتم نشر حواجز أقوى وأقوى، في محاولة للحصول على الصورة الأولى للفجر الكوني. ونأمل ألا يكون لدينا قريبًا حواجز فحسب، بل سنحصل أيضًا على قياس دقيق وموثوق للإشارة."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
