كشفت عمليات الرصد التي أجراها تلسكوب جيمس ويب الفضائي ومرصد ألما عن وجود مجرة ضخمة في عنقود مجرات أولي حديث، بعد حوالي 1.4 مليار سنة فقط من الانفجار العظيم، حيث تم بالفعل إخراج أكثر من نصف غازها البارد من جسم المجرة. تشير هذه النتائج إلى أن العمليات البيئية ربما تكون قد أوقفت تكوين النجوم في وقت أبكر بكثير مما كان يُعتقد سابقًا.
اكتشف علماء الفلك مجرة ضخمة في الكون المبكر، يبدو أنها تمر بعملية قد توقف تكوّن النجوم. هذه المجرة، المعروفة باسم SPT2349-56-C26، أو C26 اختصارًا، تفقد الكثير من غازها البارد أثناء تحركها عبر البيئة الكثيفة لتجمع مجرات أولي. المجرات.
تُظهر الملاحظات أن أكثر من نصف مخزون الغاز البارد المُقاس في النظام لم يعد داخل جسم المجرة، بل يمتد في ذيل طويل خلفها. وتبلغ ذروة انبعاث الغاز حوالي 6 كيلوبارسيك - أي ما يقرب من 20 سنة ضوئية - من المنطقة التي تتركز فيها معظم النجوم.
يقدر الباحثون أن الغاز قد أُزيل في العملية المعروفة باسم التعري تحت ضغط الفيروس — عملية تجريد الضغط الديناميكي. تحدث هذه العملية عندما تتحرك مجرة بسرعة عبر غاز ساخن وكثيف بين المجرات في عنقود مجري. يدفع الضغط الناتج عن الوسط بين المجرات الغاز البارد للمجرة إلى الخارج، تمامًا كما تفعل الرياح القوية التي تجرف المواد من جسم متحرك.
قاد البحث دازي تشو من جامعة كولومبيا البريطانية، باستخدام ملاحظات من مصفوفة الراديو ALMA وتلسكوب جيمس دبليو الفضائي. نُشرت الورقة البحثية على خادم ما قبل الطباعة arXiv ولم تخضع بعد لمراجعة الأقران. ([arXiv][1])
مجموعة أولية في الأيام الأولى للكون
يقع C26 في نظام SPT2349-56، وهو عبارة عن مجموعة مجرية أولية - منطقة كثيفة حيث تكون العشرات من المجرات في طور الاندماج ومن المتوقع أن تتطور بمرور الوقت إلى مجموعة مجرية كبيرة.
تمت ملاحظة النظام عند انزياح أحمر قدره 4.3، لذا فإن الضوء الصادر منه غادر عندما كان عمر الكون حوالي 1.4 مليار سنة فقط، وهو الوقت الذي كانت فيه المجرات والتجمعات لا تزال تتشكل بسرعة.
يحتوي مركز التجمع المجري الأولي على حوالي 30 مجرة تتشكل فيها النجوم في منطقة يبلغ قطرها حوالي 100 كيلوبارسيك، أي ما يعادل 326 ألف سنة ضوئية تقريبًا. وتجعل هذه الكثافة العالية منه مختبرًا طبيعيًا لدراسة تأثير البيئة على تطور المجرات في الكون المبكر.
كان الافتراض السائد هو أنه في هذه المرحلة المبكرة، لم تكن التجمعات المجرية النامية قد تراكمت فيها بعدُ بيئة ساخنة وكثيفة ومنظمة لإزالة كميات كبيرة من الغاز من المجرات. ولذلك، كان يُعتقد أن التفاعلات الرئيسية في التجمعات المجرية الأولية الفتية هي التصادمات والاندماجات وقوى الجذب بين المجرات.
تشير ملاحظات C26 إلى احتمال آخر: حتى قبل أن يكتمل تكوين مجموعة المجرات، قد يكون مركزها الغازي كثيفًا وساخنًا بدرجة كافية للتأثير بشكل كبير على المجرات الموجودة بداخلها.
رأس وذيل وعقدة لامعة
يتميز النجم C26 ببنية تُشبه المذنب: منطقة مركزية ضخمة تُشكل "رأسًا"، تليها ذيل طويل يحتوي على الغاز والنجوم. كما يُمكن رؤية منطقة ساطعة وكثيفة داخل الذيل تُعرف باسم العقدة.
تشير تحليلات الرصد إلى أن كتلة النجوم في رأس المجرة تبلغ حوالي 22 مليار كتلة شمسية. أما الذيل، بما في ذلك السديم الساطع، فيحتوي على نجوم تُقدر كتلتها الإجمالية بحوالي 6 مليارات كتلة شمسية.
تبدو النجوم الموجودة في الذيل أصغر سناً من النجوم الرئيسية. ويتضح هذا جلياً في الأشعة فوق البنفسجية، التي تتأثر بالنجوم الضخمة والساخنة حديثة التكوين.
مع ذلك، فإنّ تكوّن النجوم في رأس المجرة ضعيف مقارنةً بما هو متوقع من مجرة ذات كتلة مماثلة في هذا الوقت. أما في الذيل والسديم، فإنّ معدل تكوّن النجوم يتوافق بشكل أكبر مع المجرات النشطة.
الصورة الناتجة هي لمجرة تحتوي على المادة الخام لـصنع النجوم ينزاح من المنطقة المركزية، بينما يستمر بعض الغاز الذي يتم دفعه للخارج في تشكيل النجوم في الذيل.
أكثر من نصف الغاز موجود بالفعل خارج المجرة
سمحت عمليات الرصد التي أجراها مرصد ألما للباحثين برسم خريطة للغاز البارد، الذي يمكن أن تتشكل منه أجيال جديدة من النجوم.
لا يزال النظام يحتوي على عشرات المليارات من الكتل الشمسية من الغاز البارد، لكن أكثر من نصفها يقع خارج الجسم النجمي المركزي. ولا تتزامن ذروة انبعاث الغاز مع مركز المجرة، بل تنحرف عنه بنحو 6 كيلوبارسيك.
يبدو أن الغاز الموجود في الذيل منتشر ويتحرك بسلاسة نسبية. فهو ليس كله مركزاً في سحب كثيفة مضطربة، وهي الظروف التي يحدث فيها تكوين النجوم بكفاءة.
لذلك، على الرغم من ضخامة كمية الغاز الإجمالية، فإن جزءًا كبيرًا منها لم يعد متاحًا بسهولة للمجرة لتكوين نجوم جديدة. وقد يؤدي فقدان الخزان المركزي تدريجيًا إلى مزيد من الانخفاض في معدل تكوين النجوم، وربما إلى توقف المجرة عن العمل.
هل هي حالة تهيج أم قرحة ضغط؟
هناك آليتان رئيسيتان يمكن أن تنتجا مجرة ذات ذيل طويل من الغاز والنجوم.
الأولى هي التفاعل الجاذبي أو الاندماج مع مجرة أخرى. يمكن للجاذبية أن تمدد النجوم والغاز، مما يخلق ذيولاً مدية طويلة.
الاحتمال الثاني هو التجريد الناتج عن الضغط. في هذه الحالة، تستمر النجوم - التي لا تتأثر نسبياً بالغاز بين المجرات - في مداراتها، بينما يتباطأ الغاز ويُدفع للخلف.
بحث الباحثون فيما إذا كان السديم الساطع في الذيل يمكن أن يكون مجرة صغيرة اصطدمت بـ C26. ومع ذلك، فإن كتلتها منخفضة للغاية بحيث لا يمكن تفسير إزاحة مثل هذه الكمية الكبيرة من الغاز بفعل الجاذبية وحدها.
يدعم تركيب الذيل أيضاً فكرة تجريد الغاز بفعل الجاذبية. يتحرك الغاز بشكل متواصل نسبياً من المجرة إلى الذيل، بدلاً من أن يظهر كمجموعة من الشظايا الممزقة بفعل الاصطدام.
بالإضافة إلى ذلك، يميل الاندماج الكبير إلى ضغط الغاز وتحفيز انفجار تكوين النجوم. مع ذلك، في مجرة C26، يُعد تكوين النجوم في رأس المجرة منخفضًا بشكلٍ مثير للدهشة.
يشير الذيل نحو مركز التجمع الأولي. إذا كانت المجرة تتحرك في الاتجاه المعاكس، فهذا يتوافق مع الغاز المتبقي بعد مرور المجرة عبر المركز الساخن.
مجرة ميدوسا في الكون المبكر
تُسمى المجرات التي تخضع لتجريد جاذبي قوي أحيانًا مجرات قناديل البحربسبب ذيول الغاز والنجوم التي تتبعها وتبدو كالأذرع.
من المعروف أن مجرات قنديل البحر تتواجد في عناقيد متقاربة وناضجة، حيث يكون الغاز بين المجرات ساخنًا وكثيفًا وتتحرك المجرات بسرعات عالية. وتؤدي هذه الظروف إلى ضغط قوي على الغاز داخل المجرة.
ما يميز C26 هو عمره الكوني. فقد تم رصده في وقت مبكر جداً، عندما كانت المجموعة الأولية لا تزال في طور التكوين.
تُظهر الدراسة أن عملية التجريد الهيدروديناميكي الكبيرة يمكن أن تحدث في وقت مبكر يصل إلى الانزياح الأحمر 4.3، مما يؤدي إلى إزالة معظم تجمع الغاز البارد من مجرة ضخمة. ([arXiv][1])
أشارت رصدات سابقة إلى تجريد الغاز في العناقيد ومجموعات المجرات عند الانزياحات الحمراء 2.51 و3.06، لكن C26 يدفع هذه الظاهرة إلى أبعد من ذلك، ويُظهر أنها قد تكون قوية بما يكفي لدفع مجرة ضخمة إلى حافة الانقراض. ([arXiv][1])
كيف "ماتت" مجرة
لا تموت المجرة عندما تختفي نجومها الحالية، بل تُعتبر هادئة أو منطفئة عندما تتوقف تقريباً عن تكوين نجوم جديدة.
يتطلب تكوين النجوم وجود غاز بارد وكثيف. وعندما يُزال هذا الغاز من المجرة، تستمر النجوم الموجودة في التألق، ولكن لا توجد كمية كافية من المادة لتكوين أجيال جديدة.
تُسمى عملية توقف تكوين النجوم اغلق - التبريد. يمكن أن يحدث بسبب فقدان الغاز، أو تسخينه، أو ارتداد الثقب الأسود النشط، أو مزيج من عدة آليات.
يشير الباحثون إلى أن مجرة C26 تمر بمرحلة انتقالية: فهي لا تزال تُشكّل النجوم، لكنها فقدت بالفعل جزءًا كبيرًا من وقودها. إذا لم يعد الغاز إليها، وإذا استُهلكت المادة المتبقية أو أُزيلت، فقد تصبح مجرة هادئة.
قد تتطور العملية من الخارج إلى الداخل: أولاً تتأثر المناطق الخارجية، حيث تكون الجاذبية أضعف، وفي وقت لاحق يواجه مركز المجرة صعوبة في الاستمرار في تكوين النجوم.
دليل على لغز المجرات الحمراء الميتة
اكتشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي في السنوات الأخيرة عددًا مذهلاً من المجرات الضخمة والهادئة في الكون المبكر.
تُسمى هذه المجرات أحيانًا "الحمراء والميتة": حمراء لأن مجموعتها النجمية قديمة نسبيًا أو مخفية في الغبار، وميتة لأنها لا تُشكل النجوم بمعدل كبير.
يثير وجودها سؤالاً: كيف تمكنت المجرات من تجميع كل هذه الكتلة، وخلق أجيال من النجوم، ثم توقفت عن خلقها بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم؟
تشير نتائج دراسة C26 إلى أن البيئة الكثيفة للتجمعات الأولية قد تكون أحد التفسيرات. فبدلاً من انتظار تشكل تجمع ناضج، قد تفقد بعض المجرات غازها خلال المراحل المبكرة من تشكل التجمع.
يبدو أن المجرات الأخرى في قلب SPT2349-56 تعاني أيضاً من نقص نسبي في الغاز. وقد لا تكون هذه حالة معزولة، بل عملية تؤثر على العديد من أعضاء المجموعة الأولية وتغير تدريجياً تركيبها المجري.
لا يزال هذا مرشحاً.
على الرغم من الأدلة، لا يستطيع الباحثون تتبع حركة المجرة في الوقت الفعلي. ويستنتجون آلية التجريد من بنية الغاز وحركته واتجاه ذيله، بالإضافة إلى غياب دلائل واضحة على اندماج كبير.
كما أن هناك شكوكاً في تقدير كتل النجوم والغاز، وفي توزيعها بين مناطق المجرة. إضافةً إلى ذلك، لم تخضع الورقة البحثية بعدُ لمراجعة الأقران.
علاوة على ذلك، ستُمكّن عمليات الرصد عالية الدقة باستخدام مرصد ألما وتلسكوب جيمس ويب من رسم خرائط حركة الغاز ومناطق تكوّن النجوم بتفاصيل أدق. وقد تُتيح هذه العمليات أيضًا قياس خصائص النواة الساخنة للتجمع النجمي الأولي، ومعرفة ما إذا كانت تُمارس الضغط اللازم.
بالنسبة للمقال العلمي: فتح المقال العلمي
المزيد عن هذا الموضوع على موقع العلوم
- وجه في الفضاء: تلسكوب هابل يلتقط تصادماً نادراً وجهاً لوجه بين مجرتين
- مجرة "قاذفة الظلال" قد تفسر جزءًا من أصل النيوترينوات الكونية
- الزائر بين النجوم 3I/ATLAS غني بشكل غير عادي بالميثانول
- الطاقة المظلمة لا تزال قائمة: تحليل جديد يعزز التوسع المتسارع للكون
- ثقوب سوداء من قبل الانفجار العظيم؟ نموذج كوني يشير إلى "أحافير" مواقع قديمة
