نجوم من العنقود القديمة وجدت في درب التبانة

يُعتقد أن المجرات مثل مجرة ​​درب التبانة قد تم بناؤها من خلال سلسلة من عمليات الدمج ، مما أدى إلى جذب مجرات أصغر ومجموعات من النجوم وجعل هذه النجوم الأجنبية ملكًا لها. في بعض الحالات ، كانت عمليات الاندماج حديثة بما يكفي بحيث لا يزال بإمكاننا اكتشاف الجسم المستقل سابقًا كمجموعة من النجوم التي تدور حول درب التبانة معًا. ولكن ، مع مرور الوقت ، ستؤدي التفاعلات مع بقية النجوم في مجرة ​​درب التبانة إلى تعطيل أي هياكل يضمها العنقود ببطء.

لذا من المفاجئ أن يجد الباحثون ما يبدو أنه بقايا كتلة كروية مكونة من بعض أقدم النجوم الموجودة حولها. يتوافق هذا الاكتشاف مع نموذج “النمو من خلال الاندماج” لبناء المجرات ، لكنه يثير تساؤلات حول كيفية بقاء الكتلة سليمة طالما بقيت كذلك.

التنقيب في البيانات Gaia

بدأت النتائج بتحليل البيانات من وكالة الفضاء الأوروبية مهمة Gaia، والتي تهدف إلى عمل ما لا يقل عن رسم خريطة لمجرة درب التبانة في ثلاثة أبعاد. صور Gaia ما يقرب من مليار كائن عشرات المرات ، وهو ما يكفي لتقدير موقعها وحركتها حول قلب مجرة ​​درب التبانة. ساعدت هذه الخريطة العلماء في تحديد الهياكل داخل مجرتنا استنادًا إلى حقيقة أن هناك بعض مجموعات النجوم التي ليست قريبة جسديًا من بعضها البعض فحسب ، بل تتحرك جميعها في نفس الاتجاه.

تعد عملية استخراج بيانات Gaia لهذه الأنواع من الهياكل مفيدة للغاية لدرجة أن هناك خوارزمية برمجية تسمى STREAMFINDER تحددها. أدى هذا البرنامج إلى اكتشاف التيار النجمي C-19 ، وهو مجموعة من النجوم تتحرك معًا عبر هالة درب التبانة.

طريقة واحدة للتحقق مما إذا كانت هذه المجموعات من النجوم قد بدأت بالفعل كجزء من مجموعة واحدة هي التحقق من عمرها. غالبًا ما تتكون العناقيد من نجوم ذات أعمار متشابهة. تتمثل إحدى طرق معرفة ما إذا كانت النجوم تتشكل في نفس الوقت في التحقق من محتوى العناصر الأثقل. كان هناك القليل من العناصر التي تكون أثقل من الهيليوم خلال الانفجار العظيم ، لذا فإن معظم العناصر الثقيلة الموجودة الآن نتجت عن النجوم السابقة. في وقت لاحق من تاريخ الكون تشكل النجم ، من المحتمل أن يحتوي النجم على المزيد من هذه العناصر الأثقل.

(يطلق علماء الفلك على أي عنصر أثقل من الهيليوم معدنًا ويشيرون إلى محتوى العنصر الثقيل للنجم على أنه معدن. لكن هذا من المحتمل أن يربك معظم غير الفلكيين ، لذلك سنتجنب ذلك).

لذا ، قاس علماء الفلك وراء العمل الجديد مستويات العناصر الثقيلة في النجوم التي كان يُعتقد أنها تنتمي إلى تيار C-19. وباستثناء أحد الأطراف ، كانوا جميعًا متشابهين تمامًا ، مما يشير إلى أن الدفق هو في الحقيقة البقايا المعطلة لمجموعة. لكن النتائج احتوت أيضًا على مفاجأة: كمية منخفضة بشكل ملحوظ من العناصر الثقيلة.

التاريخ القديم

الطريقة النموذجية لتسجيل العناصر الثقيلة هي من خلال نسبة الحديد (التي تتشكل فقط في وقت متأخر من عمر النجم الهائل) إلى الهيدروجين. لطالما كان الهيدروجين العنصر الأكثر وفرة في الكون ، بينما تراكمت مستويات الحديد ببطء بمرور الوقت. لذلك كلما ارتفعت نسبة الحديد إلى الهيدروجين ، تشكل النجم مؤخرًا.

في حالة تيار C-19 ، كانت النسبة منخفضة للغاية. منخفضة جدًا لدرجة أن نجوم C-19 قد تكونت قبل 3 مليارات سنة بعد الانفجار العظيم ، أو عندما كان الكون حوالي ربع عمره الحالي فقط. ومن المحتمل أنهم تشكلوا قبل ذلك بقليل.

داخل مجرة ​​درب التبانة ، تم التعرف على بضع مئات من النجوم بمستويات منخفضة مماثلة من العناصر الثقيلة. لكن لم يُشاهد على الإطلاق أي عنقود يكون فيه كل نجم على هذا المستوى المنخفض. في الواقع ، قبل هذا الاكتشاف ، كان يُعتقد أن العناقيد الموجودة في مجرة ​​درب التبانة تحتوي على أرضية ذات عناصر ثقيلة – كل منهم لديها مستويات أعلى من تلك التي شوهدت في تيار C-19. كان هذا صحيحًا على الرغم من حقيقة أنه بناءً على توزيع المجموعات المعروفة ، كنا نتوقع حوالي خمسة مستويات ذات عناصر ثقيلة مماثلة لتلك الموجودة في تيار C-19.

يشير عدم وجود مجموعات أخرى إلى أن معظم المجموعات المبكرة مثل هذا التيار قد تعطلت بالفعل لدرجة أنها تلاشت في خلفية نجوم مجرة ​​درب التبانة. الأمر الذي يثير التساؤل عن سبب عدم وجود تيار C-19. هذا غير متوقع بشكل خاص نظرًا لأن مدار التيار حول قلب المجرة يأخذها إلى أعماق مجرة ​​درب التبانة ، مما يمنحها الكثير من الفرص للانخراط في تفاعلات مع الميزات الأخرى التي يجب أن تعطلها.

أحد الاحتمالات التي يمكن أن تفسر ذلك هو أن الكتلة دخلت أصلاً درب التبانة كجزء من مجرة ​​قزمة تم ابتلاعها. يمكن أن توفر بنية المجرة القزمة درجة من الحماية حتى تتعطل وتنتشر نجومها عبر مجرة ​​درب التبانة. وإذا كان هذا صحيحًا ، فإن الكتلة التي أدت إلى ظهور تيار C-19 كانت تحتوي على جزء كبير من النجوم الموجودة في المجرة القزمة في ذلك الوقت.

بغض النظر عن كيفية شرحه ، فإن وجود تيار C-19 يخبرنا بأشياء عن تاريخ الكون. وخلص الباحثون إلى أن “وجود C-19 بحد ذاته يثبت أن العناقيد الكروية يجب أن تكون قادرة على التكون في البيئات ذات المعادن المنخفضة حيث كانت الهياكل المجرية الأولى تتجمع”.

الطبيعة ، 2022. DOI: 10.1038 / s41586-021-04162-2 (حول DOIs).