سوف ينظر تلسكوب ويب التابع لناسا إلى الوراء في الزمن ، ويستخدم النجوم الزائفة لكشف أسرار الكون المبكر

هذا مفهوم فنان عن مجرة ​​بها نجم كوازار لامع في وسطها. الكوازار هو ثقب أسود فائق الكتلة شديد السطوع وبعيد ونشط تبلغ كتلته ملايين إلى مليارات المرات من كتلة الشمس. من بين أكثر الأشياء سطوعًا في الكون ، يتفوق ضوء الكوازار على ضوء كل النجوم في مجرته المضيفة مجتمعة. تتغذى الكوازارات على المادة المتساقطة وتطلق العنان لسيول من الرياح والإشعاع ، وتشكل المجرات التي تقيمون فيها. باستخدام القدرات الفريدة لـ Webb ، سيدرس العلماء ستة من أكثر الكوازارات بُعدًا وإشراقًا في الكون. الائتمان: ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية وجيه أولمستيد (STScI)

النجوم الزائفة عبارة عن ثقوب سوداء فائقة السطوع وبعيدة ونشطة وتبلغ كتلتها ملايين إلى مليارات المرات من كتلة الشمس. تقع عادة في مراكز المجرات ، وتتغذى على المادة المتساقطة وتطلق العنان لسيول رائعة من الإشعاع. من بين أكثر الأشياء سطوعًا في الكون ، يضيء ضوء الكوازار كل النجوم في مجرته المضيفة مجتمعة ، وتشكل نفاثاته ورياحه المجرة التي يتواجد فيها.

بعد وقت قصير من إطلاقه في وقت لاحق من هذا العام ، سيقوم فريق من العلماء بتدريب تلسكوب جيمس ويب الفضائي جيمس ويب التابع لناسا على ستة من أكثر الكوازارات بعدًا وإشراقًا. سيقومون بدراسة خصائص هذه النجوم الزائفة والمجرات المضيفة لها ، وكيف أنها مترابطة خلال المراحل الأولى من تطور المجرات في الكون المبكر للغاية. سيستخدم الفريق أيضًا الكوازارات لفحص الغاز في الفضاء بين المجرات ، خاصة خلال فترة إعادة التأين الكوني ، والتي انتهت عندما كان الكون صغيرًا جدًا. سوف ينجزون ذلك باستخدام حساسية Webb الشديدة لمستويات الضوء المنخفضة ودقة الزاوية الرائعة.

(انقر على الصورة لرؤية الرسم البياني الكامل.) منذ أكثر من 13 مليار سنة ، خلال عصر إعادة التأين ، كان الكون مكانًا مختلفًا تمامًا. كان الغاز بين المجرات معتمًا إلى حد كبير بالنسبة للضوء النشط ، مما يجعل من الصعب مراقبة المجرات الفتية. ما الذي سمح للكون بأن يصبح مؤينًا تمامًا ، أو شفافًا ، مما أدى في النهاية إلى الظروف “الواضحة” المكتشفة في معظم الكون اليوم؟ سوف يتعمق تلسكوب جيمس ويب الفضائي في أعماق الفضاء لجمع المزيد من المعلومات حول الأشياء التي كانت موجودة خلال عصر إعادة التأين لمساعدتنا على فهم هذا التحول الرئيسي في تاريخ الكون. الائتمان: NASA و ESA و J.Kang (STScI)

ويب: زيارة الكون الشاب

نظرًا لأن Webb يتطلع إلى أعماق الكون ، فسوف ينظر في الواقع إلى الوراء في الوقت المناسب. بدأ الضوء المنبعث من هذه الكوازارات البعيدة رحلته إلى ويب عندما كان الكون صغيرًا جدًا واستغرق وصوله مليارات السنين. سنرى الأشياء كما كانت منذ زمن بعيد ، وليس كما هي اليوم.

“كل هذه الكوازارات التي ندرسها كانت موجودة في وقت مبكر جدًا ، عندما كان عمر الكون أقل من 800 مليون سنة ، أو أقل من 6 بالمائة من عمره الحالي. لذا فإن هذه الملاحظات تمنحنا الفرصة لدراسة تطور المجرات وتكوين الثقوب السوداء الفائقة وتطورها في هذه الأوقات المبكرة جدًا ، “أوضح عضو الفريق سانتياغو أريباس ، أستاذ الأبحاث في قسم الفيزياء الفلكية بمركز علم الأحياء الفلكية في مدريد ، إسبانيا. Arribas هو أيضًا عضو في Webb’s Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) Instrument Science Team.

(انقر على الصورة لرؤية الرسم البياني الكامل.) يتوسع الكون ، وهذا التوسع يمد الضوء الذي يسافر عبر الفضاء في ظاهرة تعرف باسم الانزياح الأحمر الكوني. كلما زاد الانزياح نحو الأحمر ، زادت المسافة التي يقطعها الضوء. ونتيجة لذلك ، فإن التلسكوبات المزودة بكواشف الأشعة تحت الحمراء ضرورية لرؤية الضوء من المجرات الأولى والأبعد. الائتمان: NASA و ESA و L. Hustak (STSci)

تم تمديد الضوء الصادر من هذه الأجسام البعيدة جدًا بسبب توسع الفضاء. يُعرف هذا بالانزياح الأحمر الكوني. كلما ابتعد الضوء ، زاد انزياحه نحو الأحمر. في الواقع ، الضوء المرئي المنبعث من الكون المبكر يتمدد بشكل كبير لدرجة أنه يتحول إلى الأشعة تحت الحمراء عندما يصل إلينا. مع مجموعة الأدوات المضبوطة بالأشعة تحت الحمراء ، يعد Webb مناسبًا بشكل فريد لدراسة هذا النوع من الضوء.

دراسة النجوم الزائفة ومجراتها وبيئاتها المضيفة وتدفقاتها القوية

الكوازارات التي سيدرسها الفريق ليست فقط من بين الأبعد في الكون ، ولكن أيضًا من بين أكثر النجوم سطوعًا. عادةً ما تحتوي هذه الكوازارات على أعلى كتلة من الثقوب السوداء ، كما أنها تتمتع أيضًا بأعلى معدلات التراكم – وهي المعدلات التي تسقط بها المواد في الثقوب السوداء.

قال كريس: “نحن مهتمون بمراقبة أكثر الكوازارات لمعانًا لأن الكمية العالية جدًا من الطاقة التي تولدها في نواتها يجب أن تؤدي إلى أكبر تأثير على المجرة المضيفة من خلال آليات مثل تدفق الكوازارات والتدفئة”. ويلوت ، عالم أبحاث في مركز أبحاث الفلك والفيزياء الفلكية في هيرزبرج التابع لمجلس الأبحاث الوطني الكندي (NRC) في فيكتوريا ، كولومبيا البريطانية. ويلوت هو أيضًا عالم مشروع Webb التابع لوكالة الفضاء الكندية. “نريد أن نلاحظ هذه النجوم الزائفة في اللحظة التي يكون لها فيها أكبر تأثير على المجرات المضيفة.”

يتم تحرير كمية هائلة من الطاقة عندما تتراكم المادة بواسطة الثقب الأسود الهائل. تسخن هذه الطاقة وتدفع الغاز المحيط إلى الخارج ، مما يولد تدفقات قوية إلى الخارج تمزق عبر الفضاء بين النجوم مثل تسونامي ، مما يتسبب في إحداث فوضى في المجرة المضيفة.

https://www.youtube.com/watch؟v=vvRFoLFvUvc
شاهد كيف تؤثر النفاثات والرياح القادمة من ثقب أسود فائق الكتلة على المجرة المضيفة – والفضاء الذي يبعد مئات الآلاف من السنين الضوئية على مدى ملايين السنين. الائتمان: NASA و ESA و L. Hustak (STScI)

تلعب التدفقات الخارجة دورًا مهمًا في تطور المجرات. يغذي الغاز تكوين النجوم ، لذلك عندما يتم إزالة الغاز بسبب التدفقات الخارجة ، ينخفض ​​معدل تكون النجوم. في بعض الحالات ، تكون التدفقات الخارجة قوية جدًا وتطرد مثل هذه الكميات الكبيرة من الغاز بحيث يمكنها إيقاف تشكل النجوم تمامًا داخل المجرة المضيفة. يعتقد العلماء أيضًا أن التدفقات الخارجة هي الآلية الرئيسية التي يتم من خلالها إعادة توزيع الغاز والغبار والعناصر على مسافات كبيرة داخل المجرة أو حتى يمكن طردها في الفضاء بين المجرات – الوسط بين المجرات. قد يثير هذا تغييرات أساسية في خصائص كل من المجرة المضيفة والوسط المجري.

فحص خصائص الفضاء بين المجرات خلال عصر إعادة التأين

منذ أكثر من 13 مليار سنة ، عندما كان الكون صغيرًا جدًا ، كان المشهد بعيدًا عن الوضوح. جعل الغاز المحايد بين المجرات الكون معتمًا لبعض أنواع الضوء. على مدى مئات الملايين من السنين ، أصبح الغاز المحايد في الوسط بين المجرات مشحونًا أو متأينًا ، مما يجعله شفافًا للأشعة فوق البنفسجية. هذه الفترة تسمى عصر إعادة التأين. ولكن ما الذي أدى إلى إعادة التأين التي أوجدت الظروف “الواضحة” التي تم الكشف عنها في معظم الكون اليوم؟ سوف يتعمق Webb في الفضاء لجمع المزيد من المعلومات حول هذا التحول الكبير في تاريخ الكون. ستساعدنا الملاحظات على فهم عصر إعادة التأين ، وهو أحد الحدود الرئيسية في الفيزياء الفلكية.

سيستخدم الفريق الكوازارات كمصادر للضوء في الخلفية لدراسة الغاز بيننا وبين الكوازار. يمتص هذا الغاز ضوء الكوازار بأطوال موجية محددة. من خلال تقنية تسمى التحليل الطيفي للتصوير ، سوف يبحثون عن خطوط الامتصاص في الغاز المتداخل. وكلما كان الكوازار أكثر إشراقًا ، كانت سمات خط الامتصاص تلك أقوى في الطيف. من خلال تحديد ما إذا كان الغاز محايدًا أو مؤينًا ، سيتعلم العلماء مدى حيادية الكون ومدى حدوث عملية إعادة التأين هذه في تلك النقطة الزمنية المحددة.

https://www.youtube.com/watch؟v=y_LsiTTWo6U
سيستخدم تلسكوب جيمس ويب الفضائي أداة مبتكرة تسمى وحدة ميدانية متكاملة (IFU) لالتقاط الصور والأطياف في نفس الوقت. يقدم هذا الفيديو نظرة عامة أساسية حول كيفية عمل IFU. الائتمان: NASA و ESA و CSA و L. Hustak (STScI)

“إذا كنت ترغب في دراسة الكون ، فأنت بحاجة إلى مصادر خلفية مشرقة جدًا. قال عضو الفريق كاميلا باسيفيكي ، المنتسب إلى وكالة الفضاء الكندية ولكنه يعمل كعالم أدوات في معهد علوم تلسكوب الفضاء ، إن الكوازار هو الشيء المثالي في الكون البعيد ، لأنه مضيء بدرجة كافية بحيث يمكننا رؤيته جيدًا. في بالتيمور. “نريد دراسة الكون المبكر لأن الكون يتطور ، ونريد أن نعرف كيف بدأ.”

سيقوم الفريق بتحليل الضوء القادم من الكوازارات باستخدام NIRSpec للبحث عن ما يسميه علماء الفلك “المعادن” ، وهي عناصر أثقل من الهيدروجين والهيليوم. تشكلت هذه العناصر في النجوم الأولى والمجرات الأولى وطردتها التدفقات الخارجية. ينتقل الغاز من المجرات التي كان موجودًا فيها في الأصل وإلى الوسط بين المجرات. يخطط الفريق لقياس توليد هذه “المعادن” الأولى ، بالإضافة إلى الطريقة التي يتم بها دفعها إلى الوسط بين المجرات من خلال هذه التدفقات الخارجة المبكرة.

قوة ويب

Webb هو تلسكوب شديد الحساسية قادر على اكتشاف مستويات منخفضة جدًا من الضوء. هذا أمر مهم ، لأنه على الرغم من أن النجوم الزائفة شديدة السطوع في جوهرها ، فإن تلك التي سيرصدها هذا الفريق هي من بين الأشياء الأبعد في الكون. في الواقع ، هم بعيدون جدًا لدرجة أن الإشارات التي سيتلقاها Webb منخفضة جدًا جدًا. فقط مع حساسية Webb الرائعة يمكن تحقيق هذا العلم. يوفر Webb أيضًا دقة زاوية ممتازة ، مما يجعل من الممكن فصل ضوء الكوازار عن مجرته المضيفة.

برامج الكوازار الموصوفة هنا هي ملاحظات الوقت المضمون التي تنطوي على القدرات الطيفية من NIRSpec.

سيكون تلسكوب جيمس ويب الفضائي المرصد الأول لعلوم الفضاء في العالم عندما يتم إطلاقه في عام 2021. سيحل Webb الألغاز في نظامنا الشمسي ، ويتطلع إلى ما وراء ذلك إلى عوالم بعيدة حول النجوم الأخرى ، ويسبر الهياكل الغامضة وأصول الكون ومكاننا فيه. Webb هو برنامج دولي تقوده وكالة ناسا مع شركائها ESA (وكالة الفضاء الأوروبية) ووكالة الفضاء الكندية.