لماذا ماتت المجرات في الكون المبكر في سن مبكرة

يقول البروفيسور أفيشي ديكل من الجامعة العبرية ردا على سؤال من موقع هيدان: "في بداية الكون، تكونت مجرة ​​نشطة نجوما بمعدل مرتفع لمدة حوالي 1-2 مليار سنة، ثم تتعرض لانكماش حاد وتموت". . تشارك مجموعة البروفيسور ديكل في المقال الذي سينشر اليوم في مجلة Science

وتبين أن المجرات في الكون المبكر كانت نشطة للغاية، وخلقت نجومًا جديدة بمعدل مرتفع، لكنها في مرحلة معينة أوقفت نشاط تكوين النجوم، وأصبحت "حمراء وميتة". وفي الوقت نفسه، تبلور شكلها إلى هياكل كروية مضغوطة للنجوم القديمة. هذه هي في نهاية المطاف نوى المجرات الإهليلجية غير النشطة اليوم، والتي تحتوي على معظم النجوم (الشموس). بدأت هذه العمليات بالحدوث منذ أكثر من عشرة مليارات سنة، أي بعد حوالي ثلاثة مليارات سنة من الانفجار الأعظم الذي حدث في تكوين الكون. يعد فهم توقف النشاط وإنشاء البنية المضغوطة من بين الأسئلة الرائعة التي تواجه علماء الكونيات.

في مقال نشر اليوم في مجلة Science المرموقة، أفاد علماء الفلك عن اكتشافات رصدية تسلط الضوء على عملية ضغط المجرات وموتها. وتضم مجموعة الباحثين علماء فلك من سويسرا وألمانيا، بالإضافة إلى مجموعة علم الكونيات في الجامعة العبرية في القدس برئاسة البروفيسور أفيشاي ديكل. تؤكد الاكتشافات الجديدة الفهم النظري الجديد الذي يطوره البروفيسور ديكل وزملاؤه بناءً على المحاكاة الحاسوبية لتكوين المجرات. وفقًا لنموذج التلاشي، تمر كل مجرة ​​بحدث انكماش دراماتيكي خلال تاريخها، وهو ما يفسر الضغط الظاهري، ويتنبأ بالانفجار المبكر للنجوم الجديدة، والتوقف الكامل اللاحق لتكوين النجوم.

إن حدث الضغط الدراماتيكي له أسباب مختلفة، مثل الاصطدامات بين المجرات، أو بين تيارات الغاز المتعارضة التي تبني المجرة. بعد مثل هذا الحدث، يسخن غاز الهيدروجين، وهو المكون الرئيسي للمجرات في الكون المبكر، وينضغط إلى كثافة عالية، ويفقد الطاقة والدوران، وينهار تحت تأثير جاذبيته في نواة مضغوطة المجرة. الغاز الكثيف هو "الوقود" لتكوين النجوم السريع. ومع ذلك، فإن انفجار تشكل النجوم نفسه هو الذي يتسبب في النهاية في توقف تكوين النجوم. جزء من الغاز الموجود في قلب المجرة يبتلعه النجوم الجديدة والثقب الأسود العملاق الموجود في مركز المجرة، والجزء الآخر ينفجر خارج المجرة بفعل انفجارات سوبر نوفا للنجوم وبسبب الرياح القوية التي تهب من محيط المجرة. الحفرة السوداء. وفي الوقت نفسه، يتوقف سقوط الغاز الطازج إلى مركز المجرة، وبالتالي يتوقف إمداد "الوقود" اللازم لتكوين النجوم الجديدة. ويصف البروفيسور ديكل وزملاؤه العمليات الفيزيائية المسؤولة عن هذا التسلسل من الأحداث في مقال نشر هذه الأيام في مجلة الجمعية الفلكية الملكية البريطانية.

تتوافق التنبؤات النظرية مع الملاحظات التي تظهر أن المجرات الموجودة في الكون المبكر كانت مضغوطة بشكل كبير بالفعل. تم اكتشاف المجرات الحمراء المدمجة وغير النشطة لأول مرة. وقد أكدت الملاحظات الحديثة أن مصدر هذه المجرات هي المجرات الزرقاء المدمجة، والتي تشكل النجوم بمعدل مرتفع. تم اكتشافها باستخدام تلسكوب هابل الفضائي، ضمن مشروع CANDELS الذي يشارك فيه فريق علم الكونيات في الجامعة العبرية. إن الاكتشافات الرصدية التي تم نشرها الآن في مجلة ساينس تحدد السيناريو المعني من خلال الملاحظات من المرصد الأوروبي الكبير في تشيلي، والتي تجعل من الممكن تحسين البنية الداخلية للنوى المجرية الكثيفة في الكون المبكر بدقة عالية. تحدد الملاحظات لأول مرة المجرات التي تكون في منتصف عملية تكوين النجوم، والتي تتجمع في قلب المجرة، بينما لا تزال النجوم تتشكل في محيط المجرة.

وردا على سؤال الموقع العلمي هل هذا هو المتوقع من المجرات حتى اليوم أم أنها ظاهرة شائعة في الكون المبكر، يقول البروفيسور ديكل: "الانكماش كان ظاهرة شائعة في الكون المبكر. شرط الانكماش هو أن يكون جزء كبير من الكتلة موجودًا في الغاز، وليس في النجوم، لأن الغاز يمكن أن يفقد الطاقة (بالإشعاع) وينضغط. هذا هو الحال في الكون المبكر، لكن في مجرات اليوم يشكل الغاز أقل من 10% من الكتلة.

ما المقصود بهذه المجرات التي يوجد بها معظم الشموس، أي أن عدد المجرات الميتة أكثر بكثير من المجرات النشطة؟

البروفيسور ديكل: "معظم المجرات الضخمة، ومعظم الكتلة، هي مجرات إهليلجية وحمراء وميتة. وهناك عدد أكبر من المجرات الحلزونية النشطة، ولكنها أصغر حجما، وبالتالي تحتوي على أقل من نصف النجوم في المتوسط ​​مقارنة بالمجرات الميتة. كانت المجرات الإهليلجية اليوم هي المجرات النشطة في الكون المبكر. لقد كانت أكثر نشاطًا بكثير من المجرات النشطة اليوم."

ماذا حدث للنجوم الأخرى فيه؟ هل اقتربت النجوم؟ هل هربت العديد من النجوم إلى مجرات أخرى أم أنها أنهت حياتها للتو وانفجرت أكبرها في مستعر أعظم؟

البروفيسور ديكل: "في المرحلة المضغوطة، تكون معظم النجوم في النواة المضغوطة. وفي وقت لاحق فقط تتشكل نجوم جديدة في القرص المحيط.

ما هو متوسط ​​عمر المجرة النشطة؟

"في بداية الكون، تخلق المجرة النشطة نجومًا بمعدل عالٍ لمدة تتراوح بين 1 إلى 2 مليار سنة تقريبًا، ثم تخضع لانكماش حاد وتموت. وتعيش المجرة النشطة في المراحل اللاحقة من عمر الكون أكثر من 5 مليارات سنة لأن معدل نشاطها أقل.

ما قد يحدث خلال الاصطدام المتوقع بين مجرة ​​درب التبانة والمرأة المسلسلة، وهما مجرتان ضخمتان تضمان مئات المليارات من النجوم. هل سيتقلص كلاهما بعد انفجار هائل لتكوين النجوم نتيجة لتكثيف الغاز بين النجوم؟

"مجرة درب التبانة والمرأة المسلسلة كلاهما مجرتان لهما نشاط تكوين النجوم، ولكن منخفض (حوالي شمس واحدة في السنة). ليس لديهم سوى القليل من الغاز. ولذلك فإن نتيجة الاصطدام ستكون أقل دراماتيكية بكثير. وسوف تتحول إلى مجرة ​​كروية، ولكن دون انكماش شامل. وكما ذكرنا، لكي تتقلص المجرات، يجب أن تكون مبنية بشكل أساسي من الغاز، وهو غاز مبدد - يمكن أن يفقد الطاقة بعد إنشاء موجات صدمية في الاصطدام.

وبحسب الباحثين، فإن محاولة فهم تشكل المجرات هي المجال الأكثر نشاطا في الأبحاث الحديثة في علم الكونيات، على الطريق لفهم العلاقة بين الكون وتطور الحياة فيه. إن الجمع بين الملاحظات من الفضاء والتلسكوبات الضخمة على الأرض، والمحاكاة الحاسوبية المتقدمة المتقدمة لتشكيل المجرات في الكون، يؤدي خطوة بخطوة إلى فهم كيفية تكوين المجرات. ويعد هذا معلما رئيسيا في العملية الكونية التي بدأت مع الانفجار الكبير، مرورا بتكوين النسيج الكوني وفيه المجرات، وتكوين النجوم (الشموس) داخلها، وتكوين الكواكب حولها، وفي نهاية المطاف تطور الكون. للحياة على الكواكب.

يتم النشاط البحثي لمركز الفيزياء الفلكية وعلوم الكواكب في الجامعة العبرية في إطار المركز الوطني للتميز (ICORE) "التكوين: من الانفجار الكبير إلى تكوين الحياة".

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• أثبت التصوير: أن القمر تشكل من مادة انفجرت من الأرض عندما اصطدم بها جسم كبير
• تم اكتشاف الجزيئات العضوية المعقدة، أساس الحياة، في قرص النظام الشمسي الناشئ
• تم اكتشاف مجموعة ضخمة من المجرات
• أول محاكاة تفصيلية للكون

.