كشفت ملاحظات تلسكوب جيمس ويب الفضائي للمجرات في الكون الشاب أن أول ضوء في الفضاء جاء من نجوم شابة لامعة
بقلم أميت باندو، موقع معهد ديفيدسون لتعليم العلوم
العديد من المراحل في بداية حياة الكون ليست معروفة لنا على وجه التحديد. ويتعلق أحد الألغاز بظهور مصادر الضوء الأولى في الكون، والتي تمكنا من رؤيتها. م، والتي تعتمد على الملاحظات التي أجراها تلسكوب جيمس وويب الفضائي، تشير إلى أن تلك المصادر كانت نجومًا شابة كانت أكثر سطوعًا مما كان يعتقده العلماء.
لماذا يبدو الكون بهذه الطريقة؟ وهذا من الأسئلة المفتوحة في الفيزياء الفلكية بشكل خاص والفيزياء بشكل عام. في المليار سنة الأولى من حياته، تحول الكون من حساء غير منظم من الجسيمات عالية الطاقة إلى مجموعة أكثر تنظيما من المجرات والنجوم، لكن الكثير من تفاصيل هذه العملية ليست واضحة بالنسبة لنا. وفي الدراسة الجديدة، قامت مجموعة دولية من الباحثين بتحليل الملاحظات التي أجراها تلسكوب جيمس وويب الفضائي للمجرات القزمة من الكون المبكر، وأظهرت أن هذه المجرات تبعث شعاعًا ضوئيًا أقوى بكثير من المتوقع. يعد هذا البحث طفرة في معرفتنا بمصادر الضوء الأولى في الكون.
تاريخ موجز للحرارة في الكون
بعد الانفجار الأعظم مباشرة، توسع الكون بسرعة بينما كان ساخنًا وبطاقة عالية جدًا: كان متوسط درجة حرارة الجسيمات في الكون حوالي 10 درجات مئوية.30 درجة مئوية. عند درجة الحرارة العالية هذه، لا يمكن للجسيمات دون الذرية أن تتصل ببعضها البعض، ولم تكن هناك مادة في الكون تشبه الجسيمات التي نعرفها اليوم. وبعد حوالي ثانية واحدة، كان لدى الكون الوقت الكافي ليبرد إلى درجة حرارة تبلغ حوالي مليار درجة، وكذلك الجسيمات دون الذرية الذي نعرفه من النموذج القياسي شكلت ودمجت وأنتجت البروتونات والنيوترونات.
عندما كان عمر الكون عشرين دقيقة، كان قد برد بالفعل إلى درجة حرارة دافئة تصل إلى مئات الآلاف من الدرجات المئوية، وبدأت البروتونات والنيوترونات في الاتحاد مع أيونات الهيدروجين والهيليوم والليثيوم. وبسبب ارتفاع درجة حرارة الكون، ظلت الجسيمات تتمتع بطاقة عالية جدًا، لذلك لم تتمكن الإلكترونات من الاتحاد مع البروتونات لتكوين الذرات. ونتيجة لذلك، كان معظم الكون يتكون من البلازما، وهي حالة من تجمع الجسيمات المشحونة كهربائيًا والتي تتطاير حول بعضها البعض. البلازما مغلقة أمام الإشعاع الكهرومغناطيسي، لذلك لا يمكن للضوء أن ينتشر في الكون.
وخلال الـ 370 ألف سنة التالية، استمر الكون في البرودة حتى وصلت درجة حرارته إلى حوالي 4,000 درجة. كان الجو باردًا بدرجة كافية لتنضم الإلكترونات إلى البلازما وتشكل ذرات محايدة. إن إشعاع الخلفية الكونية الذي نتعرف منه على الكون المبكر هو الإشعاع الذي أطلق في هذه المرحلة والذي استطاع أن يقطع مسافة كبيرة حتى وصل إلينا، حيث لم يعد هناك أي بلازما توقفه.
كيف ولد النور
في هذه المرحلة، عندما كان عمر الكون حوالي 400 ألف سنة، كان يتكون في الغالب من ذرات محايدة من الهيدروجين والهيليوم والتي تم توزيعها بالتساوي إلى حد ما. لم تكن هناك نجوم أو مجرات أو أي جسم معقد آخر اعتدنا على رؤيته عندما ننظر إلى السماء. وعلى وجه الخصوص، لم يكن هناك مصدر للضوء. كان الكون مظلماً.
وبعد حوالي 20 مليون سنة فقط، عندما توسع الكون وبرد بشكل كبير، تم إنشاء مصادر الضوء الأولى في الكون. ولا يعرف علماء الفيزياء الفلكية الذين يدرسون تاريخ الكون طبيعة وأصل هذه المصادر الضوئية ومتى خلقت وكيف. تضمنت فرضياتهم المتعلقة بالمصادر الأولى للضوء في الكون ثقوبًا سوداء كبيرة، أو مجرات ضخمة، أو نجومًا شابة. لسوء الحظ، لا توجد حتى الآن نظرية ثابتة حول تكوين النجوم والمجرات في الكون المبكر، ويحاول الفيزيائيون فهم متى وكيف ظهرت مصادر الضوء الأولى في الكون.
الأقزام أكثر سطوعًا بأربع مرات
استخدم الباحثون في تلسكوب جيمس آند ويب الفضائي، الذي سيتم إطلاقه في أواخر عام 2021 من أجل مراقبة المجرات البعيدة جداً. يتحرك الضوء بسرعة محدودة، لذلك يستغرق الضوء من المجرات البعيدة وقتًا طويلاً للوصول إلينا. ولاحظ الباحثون الضوء المنبعث من المجرات منذ حوالي 13 مليار سنة ويصل إلى التلسكوب اليوم. هذه هي الطريقة التي يمكن للباحثين أن يتعلموا بها اليوم عن العمليات التي حدثت في الكون المبكر.
والمجرات بعيدة وتظهر لنا كما كانت قبل مليارات السنين، عندما كانت مجرات شابة ولا ينبعث منها إلا القليل من الضوء مقارنة ببقية الأجرام السماوية. ونتيجة لذلك، فمن الصعب مراقبة مثل هذه المجرات البعيدة بالطرق القياسية. ولهذا السبب استخدم الباحثون حيلة ذكية: ووفقا للنظرية النسبية العامة لأينشتاين، يمكن للكتل الثقيلة أن تشوه الفضاء وتتسبب في تغيير الضوء لمساره. نظر الباحثون فقط إلى المجرات الواقعة خلف العنقود المجري الضخم Abell 2744. وكتلة العنقود كبيرة جدًا لدرجة أنها يمكن أن تكون بمثابة عدسة وتركز الضوء القادم من خلفها. وبهذه الطريقة تمكن الباحثون من زيادة كمية الضوء التي تصل إلى التلسكوب وإجراء ملاحظات أكثر دقة.
وقام الباحثون بتحليل الضوء القادم من المجرات القزمة، وهي المجرات التي تحتوي على حوالي مليار نجم فقط. وعلى سبيل المقارنة، فإن مجرة درب التبانة التي نعيش فيها تحتوي على مئات المليارات من النجوم. وقام الباحثون بتحليل الملاحظات بعناية واكتشفوا أن هذه المجرات القزمة تنبعث منها إشعاعات أقوى بأربع مرات مما كان يعتقد سابقا. علاوة على ذلك، كانت هذه المجرات في بداية الكون أكثر شيوعًا من المجرات الكبيرة. ونتيجة لذلك، يتوقع الباحثون أن معظم مصادر الضوء في الكون المبكر كانت مجرات من هذا النوع.
تعد الدراسة مثالاً آخر على الإنجاز العلمي الناشئ عن التلسكوب و. تعتبر نتائج الدراسة مهمة، لكن الباحثين يشيرون إلى أن هناك حاجة إلى المزيد من العمل - من بين أمور أخرى، يهتم الباحثون بمراقبة عينة أوسع من المجرات لتعزيز معقولية استنتاجات الدراسة.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 10
زامبيلا، المعجزات
الإنتروبيا لا تزيد بل تتناقص مع زيادة مستوى النظام، وهذه مشكلة بالفعل.
لكن الإنتروبيا تتناقص فقط في نظام المجرات المرصودة، وقد أوضح لونجفيلو ذلك بالقول إن النظام "يشرب" النظام من خلال الجاذبية.
زامبيلا
ليس عليك إضافة طاقة لزيادة الإنتروبيا. أطلق بعض الغاز في زاوية الغرفة التي بها فراغ. سوف ينتشر الغاز في الغرفة وسوف تزيد الإنتروبيا.
"كان متوسط درجة حرارة الجسيمات في الكون حوالي 10 أس 30 درجة مئوية. عند درجة الحرارة العالية هذه، لا يمكن للجسيمات دون الذرية أن تتصل ببعضها البعض، ولم تكن هناك مادة في الكون تشبه الجسيمات التي نعرفها اليوم. وبعد حوالي ثانية واحدة، كان لدى الكون الوقت الكافي ليبرد إلى درجة حرارة تبلغ حوالي مليار..." ووفقًا لهذه النظرية، لا يمكن استنتاج أن درجة الحرارة في الكون انخفضت بمقدار 10 أس 20 في ثانية واحدة على الأقل. ولكن فيما بعد ذكر أن بقية الكون كان عمره 20 دقيقة، وانخفضت درجة الحرارة بأقل من 10 إلى قوة 10. هذا الكبش ممكن أو فهمت بشكل صحيح؟ ويبدو لي أن الجملة التي استنتجتها منطقية إلى حد كبير، لكن العبارة الثانية تناقضها. يمكن للشخص أن يفسر؟
إليكم الاقتباس: "عندما كان عمر الكون عشرين دقيقة، كان قد برد بالفعل إلى درجة حرارة دافئة تبلغ مئات الآلاف من الدرجات المئوية...".
شكرا على المقال. مكتوبة بشكل جيد وواضح. لدي سؤال حول مقال آخر كتبوا فيه عن محاولة فهم بنية الكون الشاب من خلال الاختلاط الجاذبي للإشعاع الكوني. لم أفهم ذلك وربما يمكنك أن تشرح لي. الإشعاع الكوني هو أول ضوء يصدر بعد أن يبرد الكون. لذلك خرج هذا الضوء قبل فترة طويلة من بدء تشكل النجوم والمجرات. فكيف يؤثر مجال الجاذبية على الإشعاع الكوني المرصود؟
شكر
@ يوتام (المعلق الأول)
يتم استخدام مجموعات المجرات ذات الكتلة الضخمة مثل Abell 2744 كنوع معين من العدسات المكبرة التي تسمح لنا بمراقبة الأجسام البعيدة بدقة متزايدة مقارنة بالبصريات الأكثر تطوراً الموجودة لدينا اليوم (على الرغم من أنها ليست خالية من التشوهات الهندسية).
يمكنك إجراء تجربة بسيطة في المنزل: خذ عملة معدنية من فئة 10 AJ، وانظر إليها في الهواء وقس حجمها بالعين المجردة. الآن ضع نفس العملة في كوب ماء شفاف وقارن الحجم... العملة تبدو كبيرة مقارنة بالهواء على الرغم من شكلها المشوه قليلاً. يحدث هذا لأن كتلة الماء أثقل من كتلة الهواء. الآن فكر في مجموعات المجرات ذات الكتلة ...
فقط أسأل من أين جاءت المكالمة المعنية
هل كان هناك أي قانون طبيعي في الكون ينص على أنه عندما يكون هناك ارتفاع في درجة الحرارة يجب أن يكون هناك تبريد؟
ما تبريد الحرارة العالية
هذا أكثر دقة
ذلك لأننا اعتدنا على مفهوم الحرارة والبرودة الموجود اليوم
بعد كل شيء، لم يكن في بداية خلق الكون (وفقًا لفرضية الانفجار الكبير بالطبع) أن قوانين الفيزياء المعروفة لنا لم تكن موجودة.
لذلك ملأ الافتراض بوجود خريطة.
كيف نقوم بالتبريد؟
المقال كتبه عالم فيزياء.
أنت غير متماسك في المقال.
من ناحية، تكتب ذلك
بدأت البروتونات والنيوترونات تتحد مع أيونات الهيدروجين والهيليوم والليثيوم. ثم تكتب أن الجو كان حارًا جدًا وأن الإلكترونات لا تستطيع الاتصال بالبروتونات وتكوين الذرات. لا أفهم حقًا المنطق هنا، لكن هذا ليس الشيء الوحيد غير الواضح. تذهب وتشير
ونتيجة لذلك، وبسبب الحرارة الهائلة، كان معظم الكون يتكون من البلازما - وهي حالة من تجمع الجسيمات المشحونة كهربائيًا التي تطير حول بعضها البعض. البلازما مغلقة أمام الإشعاع الكهرومغناطيسي، لذلك لا يمكن للضوء أن ينتشر في الكون. أعني بسبب الحرارة، هذا ما حدث.
تم تبريد طاز حكمتام على مدى 379 ألف سنة إلى درجة حرارة 4000 درجة مما سمح بالانتباه إلى الصياغة:
كان الجو باردًا بدرجة كافية لتنضم الإلكترونات إلى البلازما وتشكل ذرات محايدة.
لذلك دعونا نشرح لي الفرق بين البلازما الساخنة التي كانت موجودة قبل أن يبرد الكون والبلازما التي خلقت بعد أن برد.
باختصار، لم يكن هناك أي ضرر في تحرير المقال.
الصياغة بأكملها تبدو وكأنها دردشة gpt رطانة.
إذا "انتقل الكون من حساء غير منظم من الجسيمات عالية الطاقة إلى مجموعة أكثر تنظيمًا من المجرات والنجوم" فإنه انتقل من مستوى إنتروبيا أقل إلى مستوى أعلى، وكان هناك حاجة إلى شيء خارج النظام الفيزيائي يسمى الكون لتوفير الكون بالطاقة اللازمة لهذا التحول؟ هل لدى الفيزيائيين تفسير معقول لمصدر هذه الطاقة؟
تم اكتشاف المجرات المبكرة فقط بسبب وجود مجرة ضخمة في المنتصف.
هذا لا يعني أن البداية موجودة.
وهم ضعفاء لبعد المسافة ولا ينكشف إلا الجزء المشرق
وهذا لا يعني أن هذه المجرات ليس لديها أذرع يتضاعف حجمها، فالأذرع أضعف بكثير في تركيز النجوم وبالتأكيد لن تسافر مثل هذه المسافة الكبيرة.
وبالمناسبة، إذا كان عمر المجرات القديمة 13 مليار سنة..
إذن هذا يعني أن مجرة درب التبانة موجودة بالفعل 13 مليار وكانت تنتظر وصول هذا الضوء..
وإلا فما الذي سبق المادة في مجرتنا إلى المادة التي تأتي من 13 مليار سنة مضت؟!