أدلة جديدة في البحث عن أقدم المجرات في الكون

يشير العنقود المجري XLSSC 122 إلى أن الكون، على الأقل أجزائه الأكثر كثافة، كان من الممكن أن يكون قد شكّل نجومًا وتراكم في مجرات ثم قام في النهاية بتجميعها في عناقيد مجرية بسرعة مذهلة.

بقلم جون ويليس، أستاذ مشارك في الفيزياء وعلم الفلك، جامعة فيكتوريا، كندا

يمكن تشبيه العنقود المجري بمدينة عظيمة من المجرات، حيث كل مجرة ​​عبارة عن بنية متلألئة. مثلما يبحث عالم الآثار عن أدلة على أقدم المدن على الأرض، سعى علماء الفلك منذ فترة طويلة لاكتشاف أقدم مجموعات المجرات في الكون - كل منها يعادل المعادل الكوني لحضارة قديمة مثل أريحا أو أور الكلدانيين.

لقد كنت محظوظًا بما فيه الكفاية لقيادة فريق من علماء الفلك لاكتشاف مثل هذا المثال لمجموعة المجرات القديمة. كم عمرك؟ استغرق الضوء من مجموعة المجرات المسماة XLSSC 122 10.4 مليار سنة للسفر عبر الكون إلينا.

سيكون في شبابه

يقدر علماء الفلك الآن أن عمر الكون نفسه هو 13.7 مليار سنة، لذا فإن القليل من الرياضيات يخبرنا أننا ننظر إلى XLSSC 122 عندما كان عمر الكون 3.3 مليار سنة فقط. لقد فوجئنا عندما اكتشفنا أن هذه مجموعة ناضجة ومتطورة تشبه مجموعات المجرات الموجودة في عالم اليوم - وهو وضع يشبه النظر إلى صورة من شبابك تبدو فيها أكبر سناً مما كنت عليه.

يشير العنقود المجري XLSSC 122 إلى أن الكون، على الأقل الأجزاء الأكثر كثافة منه، كان من الممكن أن يكون قد شكل نجومًا، وتراكم في المجرات، ثم قام في النهاية بتجميعها في مجموعات مجرات بسرعة مذهلة. وبالنظر إلى أن المحاكاة الحاسوبية لتجميع عنقود المجرات تشير إلى نمو تدريجي أكثر، فإن اكتشاف XLSSC 122 يشير إلى أن أفكارنا الحالية حول كيفية تشكل البنية في الكون قد تكون غير مكتملة.

يكتشف مجموعات المجرات

عندما لاحظته لأول مرة، ظهر العنقود المجري XLSSC 122 كمجموعة لا يمكن فهمها من الفوتونات في صورة الأشعة السينية للسماء التي التقطها المرصد الفضائي التابع لوكالة الفضاء الأوروبية. وعلى الرغم من ملاحظتنا على مسافات بعيدة، فقد عرفنا أننا كنا نتتبع هالة غازية ساخنة محتملة - عند درجة حرارة 10 ملايين درجة كلفن - محصورة داخل مجال الجاذبية لمجموعة مجرات ضخمة.

ومع ذلك، فإن صور الضوء المرئي التي التقطها التلسكوب الكندي-الفرنسي-هاواي لم تكشف عن أي مجرات مرتبطة بمصدر الأشعة السينية. كان هذا تلميحًا مثيرًا للاهتمام أننا ربما اكتشفنا مجموعة مجرات بعيدة حيث أدى توسع الكون إلى تحويل الضوء المرئي المنبعث من مجرات العنقود إلى طيف الأشعة تحت الحمراء.

ومن هذا الفهم واصلنا الحصول على صورة للعنقود باستخدام التلسكوب الكبير جدًا التابع للمرصد الأوروبي. كشفت هذه الصورة، الملتقطة بكاميرا تعمل بالأشعة تحت الحمراء، عن وجود ملحوظ لأجسام حمراء باهتة - مجرات بعيدة؛ ولكن إلى أي مدى بالضبط لا يزال لغزا.

يوفر تلسكوب هابل الفضائي الوضوح المطلق

بعد اكتشاف أن XLSSC 122 عبارة عن مجموعة مجرات بعيدة، وربما الأكثر بعدًا، تم منحنا وقتًا للمراقبة باستخدام تلسكوب هابل الفضائي. وبالنظر إلى أن واحدًا فقط من بين كل 10 عروض هابل ينجح، فهذا إنجاز بحد ذاته.

على الرغم من أن عمر تلسكوب هابل الفضائي يقارب 30 عامًا، إلا أنه يظل منشأة فلكية بارزة. بدت صورنا لـ XLSSC 122 حادة وواضحة مقارنة بالصور الباهتة التي تم الحصول عليها من المراصد الأرضية. على الرغم من أنني كنت عالم فلك محترفًا لمدة 20 عامًا، إلا أن رؤية صور هابل لعنقودنا كانت بمثابة لحظة اكتشاف فريدة تقريبًا. كان واضحًا على الفور من ألوان المجرة وطيفها أن XLSSC 122 كان بعيدًا بشكل لا يصدق: فهو عند انزياح أحمر 2، مما يعني أن الضوء الصادر من XLSSC 122 استغرق 10.4 مليار سنة للوصول إلى الأرض.

تصور المجرات

كيف يتناسب عنقود مثل XLSSC 122 مع صورتنا الأكبر لكيفية بناء الكون؟ تسمح عمليات المحاكاة الحاسوبية لعلماء الفلك بإعادة إنشاء التوزيع غير المتساوي للمادة في الكون المبكر ثم تتبع الجاذبية لأنها تسحب المناطق الأكثر كثافة إلى مجموعات ضخمة بينما تصبح المناطق الأقل كثافة متناثرة بشكل متزايد.

يمكن التعرف على المجموعات ذات الخصائص المشابهة لـ XLSSC 122 في عمليات المحاكاة، وبما أن المحاكاة تشبه التطور الحقيقي للكون، فيمكننا التقدم سريعًا إلى الحاضر. عندما فعلنا ذلك مع XLSSC 122، أدركنا أنها ستصبح واحدة من أكبر العناقيد المجرية ضخامة في الكون - على غرار عنقود كوما الكبير، أقرب عنقود مجرات لنا. تشير نفس عمليات المحاكاة إلى أن XLSSC 122 كان من الممكن أن يكون موجودًا فقط كعنقود مجري لمدة مليار سنة قبل اللحظة التي لاحظناها.

وهنا يكمن الغموض. تخبرنا دراستنا لضوء النجوم من المجرات التي تشكل XLSSC 122 أن عمرها أكثر من مليار سنة، وربما يصل عمرها إلى ثلاثة مليارات سنة. علاوة على ذلك، يبدو أنهم جميعًا بدأوا في إنتاج النجوم في نفس الوقت تقريبًا. ولكن بما أن كل هذا حدث قبل فترة طويلة من اندماج هذه المجرات لتشكل XLSSC 122، يبقى السؤال: ما الذي دفعها إلى البدء في تشكيل النجوم بشكل متزامن في الكون المبكر؟

ولحسن الحظ، لدينا فكرة جيدة عن المكان الذي يجب أن ننظر فيه بعد ذلك. تخطط وكالة ناسا لإطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي في مارس 2021، ونحن نخطط بالفعل للتوجه نحو XLSSC 122. سيجمع تلسكوب ويب أكثر من ستة أضعاف الضوء الذي يجمعه تلسكوب هابل وسيحلل هذا الضوء باستخدام العديد من الأدوات الحساسة. هدفنا هو استخدام التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء عالي الدقة لتحسين معرفتنا بالأوقات المبكرة للمجرات التي تشكل XLSSC 122 بشكل كبير، ولاكتشاف قصة الحياة المبكرة لهذا العنقود المجري الرائع.

لمقالة في المحادثة