يكتشف علماء الفلك الآن عددًا قياسيًا من المجرات البعيدة التي حطمت الرقم القياسي بالعشرات أثناء غربلة كنز البيانات الذي يجمعه الآن تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST أو Webb). من بينها العديد من المجرات التي يعود تاريخها إلى ما يزيد قليلاً عن 200 مليون سنة بعد الانفجار العظيم.
قبل إطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي، المجرة الأكثر بعدا المؤكدة المعروفة كانت GN-z11، والذي رآه علماء الفلك بعد حوالي 420 مليون سنة بعد الانفجار العظيم، مما يمنحه ما يسميه علماء الفلك أ الانزياح الأحمر من 11.6. (الانزياح الأحمر يصف مقدار تمدد الضوء القادم من مجرة مثل شيتوسع الكون. كلما زاد الانزياح نحو الأحمر ، كلما رأينا المجرة أبعد في الزمن.)
بعد أسبوع فقط من إطلاق سراح الصور العلمية الأولى من JWST ، كان علماء الفلك يبلغون عن اكتشاف المجرات في الانزياح الأحمر 13، أي ما يعادل حوالي 300 مليون سنة بعد الانفجار العظيم. الآن ، تحطمت موجة جديدة من النتائج العلمية هذا الرقم القياسي ، حيث أبلغ بعض علماء الفلك عن اكتشاف المجرات حتى انزياح أحمر يبلغ 20. إذا كان هذا صحيحًا ، فإننا نرى هذه المجرات كما كانت موجودة بعد حوالي 200 مليون سنة من الانفجار العظيم.
صالة عرض: الصور الأولى لتلسكوب جيمس ويب الفضائي
هذا كبير إذا: في هذه المرحلة ، لم يتم تأكيد أي من قيم الانزياح الأحمر هذه. لتأكيد مسافات هذه المجرات ، سيتطلب التحليل الطيفي ، الذي يقسم الضوء من جسم ما إلى ما يسميه العلماء الطيف. سيأتي هذا التحليل لاحقًا. ومع ذلك ، يبدو من الواضح أن JWST قادر تمامًا على اكتشاف المجرات من هذا العصر الضائع منذ زمن طويل.
تم اكتشاف المجرات باستخدام تقنيات مختلفة. استخدم علماء الفلك بقيادة Haojing Yan من جامعة Missouri-Columbia عدسة الجاذبية تم إنشاؤها بواسطة مجموعة المجرات SMACS J0723 للكشف عن 88 مجرة مرشحة تتجاوز انزياح أحمر يبلغ 11 ، بما في ذلك حفنة من المجرات تقدر بانزياح أحمر يبلغ 20. إذا تم التحقق من صحتها ، ستكون هذه المجرات ، إلى حد بعيد ، الأكثر بعدًا تم اكتشافها على الإطلاق. بسبب التوسع الكوني ، ستكون هذه المجرات اليوم على بعد أكثر من 35 مليار سنة ضوئية منا.
أفادت ورقتان أخريان عن اكتشاف مجرات عالية الانزياح نحو الأحمر في بقع من السماء حيث تعرض JWST ببساطة لتعريضات عميقة ، دون اللجوء إلى عدسة الجاذبية. هذه الصور هي جزء من استطلاع علم النشر المبكر للتطور الكوني (CEERS) ، والذي يتكون من صور 10 بقع مختلفة من السماء بواسطة كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRCam) التابعة لـ JWST. JWST مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة تنضم (NIRSpec) إلى ملاحظات ستة من تلك البقع ، بينما تدرس أداة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (MIRI) الخاصة بالتلسكوب الفضائي أربعة.
فريق واحد من علماء الفلك بقيادة دكتوراه. وجد الطالب كالوم دونان من جامعة إدنبرة مجرة مرشحة عند انزياح أحمر يبلغ 16.7 ، وهو ما يعادل 250 مليون سنة فقط بعد الانفجار العظيم. وجد الفريق أيضًا خمس مجرات أخرى ذات انزياح أحمر أكبر من 12 ، وكلها تتجاوز الرقم القياسي للانزياح الأحمر الذي حدده سلف JWST وزميله الآن ، تلسكوب هابل الفضائي.
في غضون ذلك ، وباستخدام نفس الملاحظات من CEERS ، اكتشف فريق آخر بقيادة ستيفن فينكلشتاين من جامعة تكساس في أوستن مجرة ذات انزياح أحمر يبلغ 14.3 ، ووضعها بعد 280 مليون سنة من الانفجار العظيم ، والذي أطلق عليه الباحثون اسم “مجرة مايسي” بعد ابنة فينكلستين. وجد علماء الفلك أن هذه المجرة ربما شوهدت أيضًا بواسطة تلسكوب هابل الفضائي ، لكن لم يتم التعرف عليها في ذلك الوقت. إذا كشفت نظرة فاحصة للبيانات المؤرشفة عن المجرة ، فيجب أن ينتج مجرة Maisie ضوءًا فوق بنفسجي قويًا جدًا من انفجار قوي لتكوين النجوم حتى يتمكن هابل من رصدها.
في الواقع ، تعرض جميع المجرات البعيدة المرشحة دليلاً على انبعاث قوي للأشعة فوق البنفسجية ، وهو ما يكفي ربما لتسوية الجدل حول سبب تأين غاز الهيدروجين في الكون ، ووضع حد لما يسمى “العصور الكونية المظلمة“على مر السنين ، اقترح علماء الفلك أسبابًا تتراوح من الإشعاع من النجوم والمجرات الأولى إلى تدفقات الإشعاع الخارجة من الثقوب السوداء الفائقة الأولى.
في ورقتهم ، قام فريق دونان بحساب “وظيفة اللمعان فوق البنفسجي للمجرة” بين الانزياح الأحمر بمقدار 8 و 15. هذه الوظيفة هي متوسط كمية الضوء فوق البنفسجي المرتبط بالمجرات في أي حقبة معينة. ترتبط القيمة ارتباطًا وثيقًا بتكوين النجوم ، لأنه كلما زاد عدد النجوم الشابة الساخنة في المجرة ، زاد الضوء فوق البنفسجي المنبعث منها. خلص فريق دونان إلى أن هناك ما يكفي من الأشعة فوق البنفسجية التي تنتجها النجوم في هذه المجرات المبكرة لتأين الكون.
يمكن اعتبار العدد الكبير من المجرات ذات الانزياح الأحمر العالي التي يتم اكتشافها أطفالًا كونيين. تمتد هذه المجرات على امتداد 1000 سنة ضوئية أو نحو ذلك ، وتحتوي على عشرات الملايين من النجوم فقط. يمكن أن تستضيف المجرات الحديثة مئات المليارات من النجوم. يقدر علماء الفلك أن عمر الأطفال الكونيين أقل من 100 مليون سنة ، وربما يصل عمرهم إلى 20 مليون سنة.
لم يتعرف العلماء بعد على أي من المجرات الأولى في الكون ، والتي قد تقع عند الانزياح الأحمر 25 أو ما بعده. ومع ذلك ، فإن الاكتشافات الجديدة تمثل أجيالًا من المجرات التي تابعت عن كثب ، والتي يراها العلماء في المراحل الأولى من التطور.
تشير كمية الضوء فوق البنفسجي (المنزلق نحو الأحمر إلى الأطوال الموجية الأطول للأشعة تحت الحمراء ، مما يجعلها مرئية لـ JWST) ، إلى جانب وفرة المجرات ذات الانزياح الأحمر العالي التي اكتشفها في وقت مبكر جدًا من مهمته ، تشير إلى أن المجرات كانت وفيرة في أقدم تاريخ لـ JWST الكون. على عكس بعض التوقعات ، قد ينخفض معدل تشكل النجوم تدريجيًا كلما نظرنا إلى الوراء ، بدلاً من حدوث انخفاض حاد بعد الانزياح الأحمر 11.
“ينبغي متابعة التحقق من صحة التحليل الطيفي [these redshifts]و [it means that] كان كوننا متوهجًا بالفعل بالمجرات بعد أقل من 300 مليون سنة من الانفجار العظيم ، “كتب فريق فينكلشتاين في ورقتهم.
الآن بعد أن اكتشف JWST هذه المجرات القوية المرشحة على مسافات شاسعة ، فإن الأسئلة التالية هي إلى أي مدى يمكن لـ JWST رؤيته في الماضي وما إذا كان سيكون كافياً لاكتشاف المجرات الأولى الموجودة ، ربما بعد 100 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم . سيتطلب مثل هذا الاكتشاف قدرًا كبيرًا من الحظ ، لأنه سيعتمد على عدسة الجاذبية العرضية لإظهار المجرات البدائية.
يمكن العثور على ورقة يان هنا؛ ورقة دونان هنا؛ وورقة فنكلستين هنا.
تابع كيث كوبر على تويتر @ 21stCenturySETI. تابعنا على تويتر تضمين التغريدة و على فيسبوك.
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”
