توصل باحثان إسرائيليان، رانان باركانا (جامعة تل) وآفي ليب (جامعة هارفارد في الولايات المتحدة الأمريكية) لأول مرة إلى دليل مباشر على تكوين مجرات بحجم درب التبانة عندما كان عمر الكون مليار سنة فقط.
وبمساعدة التلسكوبات الضخمة الموجهة نحو السماء، يدرس علماء الفلك الماضي البعيد عندما كانت المجرات لا تزال فتية وخلقت الأجيال الأولى من النجوم. أحد الأسئلة الكبيرة التي أزعجت الباحثين هو: كم من الوقت استغرق تشكل المجرات الأولى بعد الانفجار الكبير؟ الجواب - بسرعة كبيرة! توصل باحثان إسرائيليان هما رانان باركانا (جامعة تل) وآفي ليب (جامعة هارفارد في الولايات المتحدة الأمريكية) لأول مرة إلى دليل مباشر على تكوين مجرات بحجم درب التبانة عندما كان عمر الكون مليار سنة فقط.
أضواء كاشفة على حافة الكون
للتعرف على الكون المبكر، يدرس علماء الفلك الأجسام الأكثر بعدًا - المجرات والكوازارات التي يصل ضوءها إلينا بعد مليارات السنين من انبعاثها. الكوازارات هي ألمع الأجسام المعروفة في السماء. ويُعتقد أن ضوءها اللامع ينتج عن الثقوب السوداء العملاقة في مراكز المجرات. تنجذب كميات هائلة من الغاز نحو الثقب الأسود، وتحت قوة الجاذبية الهائلة، يتم ضغط الغاز وتسخينه ويمكن رؤية الإشعاع الهائل الذي يصدره على مسافات هائلة.
وقد أظهرت العديد من الدراسات التي أجريت على المجرات القريبة منا أن هناك اتصالاً بين كل مجرة والثقب الأسود الموجود في مركزها. أي أن المجرات الكبيرة تحتوي على ثقوب سوداء كبيرة، والمجرات الصغيرة تحتوي على ثقوب سوداء صغيرة. وتوقع الباحثون أن تنطبق العلاقة نفسها على أبعد الثقوب السوداء في بداية الكون، لكن حتى وقت قريب لم يكن هناك أي دليل على ذلك. وقد قدم باركنا وليب الآن الدليل الأول.
لاحظ علماء الفلك كوازارات مختلفة وقاموا بقياس الطيف في كل منها - شدة الضوء في أطوال موجية (أو ألوان) مختلفة. أظهر الطيف في بعض النجوم الزائفة شكل قمتين، لكن هذه النتيجة لم تجذب الكثير من الاهتمام حتى الآن. أنشأ باركانا وليب نموذجًا حاسوبيًا يفسر شكل الطيف نتيجة الامتصاص بواسطة غاز الهيدروجين.
يسقط الهيدروجين بين المجرات المسحوب إلى المجرة في اتجاهها ويمتص بعض الضوء المنبعث من الكوازار. يحدث السقوط بسبب قوة الجاذبية للمجرة، وبالتالي فإن سرعة السقوط تقيس الوزن الإجمالي للمجرة. وهذا هو القياس الأول لمثل هذه المجرة المبكرة.
هالات المادة المظلمة
أظهرت الدراسات السابقة التي تناولت المجرات القريبة منا أن المجرات تقع داخل هالات كبيرة من المادة المظلمة. وهي مادة غير مرئية، مصنوعة من مكونات غير معروفة، ولكن يمكن اكتشافها من خلال قوة الجاذبية التي تمارسها على النجوم والغاز. في الواقع، معظم المادة الموجودة في الكون مظلمة، وتشكل العناصر الكيميائية المعروفة حوالي خمس المادة فقط. وتجد القياسات الجديدة للمجرات القديمة وزنا ثقيلا للغاية وتعزز الفرضية القائلة بأن المادة المظلمة كانت هي المهيمنة في الكون المبكر أيضا.
وفقًا للنموذج الهرمي لتكوين المجرات، تشكلت المجرات الصغيرة أولاً ثم اندمجت وامتصت المزيد من المواد لتشكل مجرات أكبر. تستغرق هذه العملية وقتًا، لذا فمن المثير للاهتمام اكتشاف أن المجرات الكبيرة مثل مجرتنا درب التبانة تشكلت في أقل من مليار سنة. ربما تكون هذه المجرات مجرد قمة جبل الجليد. ويُعتقد على نطاق واسع أن معظم المجرات في ذلك الوقت كانت أصغر بكثير، لكنها تنتج ضوءًا خافتًا وبالتالي يصعب رؤيتها.
وفي الوقت نفسه، طبق باركنا وليب نموذجهما على حالتين من النجوم الزائفة البعيدة التي توافرت لهما ملاحظات ذات جودة عالية بما فيه الكفاية. هناك حاجة إلى عمليات رصد عالية الدقة لأطياف الكوازارات الإضافية للتحقق من صحة النموذج.
نُشرت هذه الدراسة في عدد 23 يناير 2003 من مجلة الطبيعة.
المجرات الكبيرة بعد مليار سنة فقط
بقلم ماريت سيلفين
أظهر باحثون إسرائيليون لأول مرة أن مجرات بحجم "درب التبانة" تشكلت حول النجوم الزائفة في الكون المبكر
ومن الأسئلة التي تشغل علماء الفلك الذين يدرسون الكون الفتي، هو كم من الوقت مضى منذ الانفجار الكبير، الذي حدث بحسب الرأي السائد قبل نحو 14 مليار سنة، حتى تشكل المجرات الأولى. وبحسب مقال لباحثين إسرائيليين، نشر في العدد الأخير من مجلة "نيتشر"، فإن الجواب هو - وقت قصير جداً. وجد رانان بركانا من كلية الفيزياء وعلم الفلك بجامعة تل أبيب وآفي ليب من جامعة هارفارد بالولايات المتحدة لأول مرة دليلا مباشرا على تكوين مجرات بحجم مجرة درب التبانة، عندما كان عمر الكون مليار سنة فقط قديم.
للتعرف على الكون المبكر، يدرس علماء الفلك الأجسام البعيدة - المجرات والكوازارات التي يصل ضوءها إلى الأرض بعد مليارات السنين من انبعاثها. الكوازار هو ألمع الأجرام السماوية، وهو جسم يقع في مركز مجرة ويوجد في مركزها ثقب أسود هائل. تنجذب كميات هائلة من الغاز نحو الثقب الأسود، وتحت تأثير الجاذبية الهائلة يتم ضغط الغاز وتسخينه. قبل أن يسقط الغاز، يصدر إشعاعًا هائلاً. على الرغم من أن النجوم المحيطة به غير مرئية بسبب الضوء الهائل المنبعث من الكوازار (باستثناء المجرات القريبة من الأرض)، إلا أن الافتراض هو أن هناك أيضًا مجرات حول الكوازارات القديمة. لكن حتى الآن لم يتم العثور على دليل مباشر على وجودها ولم يتم قياس حجمها.
ويعتقد العلماء أن المجرات الصغيرة تشكلت في وقت مبكر من حياة الكون، ومع مرور الوقت امتصت المزيد والمزيد من المواد لتشكل مجرات أكبر. وتتطلب هذه العملية وقتًا، ولذلك كان الرأي المقبول هو أنه في ظل الظروف التي سادت في الكون المبكر، لم يكن من الممكن أن يتشكل عدد كبير من المجرات الكبيرة. يقول باركانا: "إن المجرات الكبيرة مثل مجرتنا درب التبانة نادرة جدًا في الكون المبكر". "من المحتمل أن تكون تلك الموجودة من منطقة كثيفة بشكل خاص، والتي أضافت إليها الكثير من المواد على مدى مئات الملايين من السنين. وفي النهاية، تم إنشاء منطقة كثيفة ونادرة الحجم - مثل جبل الشيخ في دولة إسرائيل، حيث لا يوجد سوى جبال صغيرة. حتى المادة البعيدة، التي ليست جزءًا من المجرة، شعرت بجاذبيتها وبدأت في السقوط نحوها. يعد هذا السقوط جزءًا مهمًا من النموذج المقبول لتكوين المجرات، لكن حتى الآن لم يتمكنوا من إثبات حدوثه بالفعل".
واستندت الدراسة التي أجراها الباحثون الإسرائيليون إلى البيانات التي تم جمعها في مسح للكوازار تم إجراؤه في السنوات الأخيرة والذي تم فيه اكتشاف العديد من الكوازارات القديمة. في كل من النجوم الزائفة، يتم قياس الطيف، أي شدة الضوء في أطوال موجية مختلفة (أو ألوان). تشير شدة الضوء إلى عمر الكوازارات والعناصر الكيميائية الموجودة حولها. في بعض النجوم الزائفة، تجلى الطيف في خاصية معينة لم يعيرها معظم الباحثين اهتمامًا خاصًا. لكن اتضح أن هذه الخاصية بالتحديد توفر طبقة مهمة لفهم تنظيم المجرات في الكون المبكر، كما أوضح باركانا وليب.
"يتم الحصول على مثل هذه الخاصية عندما تقوم المادة التي تتكون منها المجرة بسحب الغاز نحوها، ويمتص الغاز جزءا من الضوء المنبعث من الكوازار الموجود في مركز المجرة. وبناء على تلك الخاصية تمكنا من حساب السرعة التي يتحرك بها الغاز المتساقط نحو مركز المجرة، ووجدنا أن الغاز يتحرك بسرعة حوالي مليوني كيلومتر في الساعة. وتشير هذه السرعة إلى أن المجرة التي تجذب الغاز تعادل في حجمها حجم مجرة درب التبانة".
بمجرد معرفة حجم المجرة المحيطة بالكوازار، يمكنك دراسة العلاقة بين المجرة والثقب الأسود في مركزها. أظهرت العديد من الدراسات التي أجريت على المجرات القريبة من مجرتنا أن المجرات الكبيرة تحتوي على ثقوب سوداء كبيرة، بينما تحتوي المجرات الصغيرة على ثقوب سوداء صغيرة. وافترض الباحثون أن العلاقة نفسها تنطبق أيضًا على الثقوب السوداء الأكثر بعدًا في الكون المبكر. يعد بحث باركانا وليب أول دليل على أن مثل هذه العلاقة محفوظة بالفعل.
قام باركنا وليب بتطبيق نموذجهما على اثنين من النجوم الزائفة البعيدة التي تمت ملاحظتها بجودة عالية بما فيه الكفاية. وفي كلتا الحالتين، اتضح أن المجرات الكبيرة تشكلت حول النجوم الزائفة القديمة عندما كان عمر الكون مليار سنة فقط. ويؤكد باركانا أن هناك حاجة لرصد المزيد من النجوم الزائفة للتحقق من النموذج ومواصلة تطويره.
