حقوق الصورة: PPARC
حتى الآن ، لم يتمكن الفلكيون من العثور على الكثير من البيانات حول ما حدث في مرحلة مبكرة من تطور الكون ، عندما كان يعتقد أن النجوم تكونت. لكن بحثًا جديدًا ، أجراه علماء الفلك باستخدام مرصد الجوزاء في تشيلي ، كشف عن عدة مجرات قبل 8 إلى 11 مليار سنة والتي تكونت بشكل كامل أكثر من المتوقع. ظنوا أنهم سيرون المجرات الأولية تصطدم ببعضها البعض ، ولكن بدلاً من ذلك وجدوا مجرات ناضجة جدًا. من المحتمل أن تكون الثقوب السوداء أكثر شيوعًا في الكون المبكر وعملت كمثبتات لتشكيل المجرات بسرعة.
حتى الآن ، كان علماء الفلك عميانًا تقريبًا عندما نظروا إلى الوراء في الوقت المناسب لمسح حقبة كان من المتوقع أن تتكون فيها معظم النجوم في الكون. تمت إزالة هذه النقطة العمياء الكونية الحرجة من قبل فريق ، بما في ذلك عالم بريطاني ، باستخدام تلسكوب فريدريك سي جيليت جيميني الشمالي ، مما يدل على أن العديد من المجرات في الكون الصغير لا تتصرف كما كان متوقعًا قبل حوالي 8-11 مليار سنة.
المفاجأة: يبدو أن هذه المجرات تكون أكثر اكتمالًا ونضوجًا مما كان متوقعًا في هذه المرحلة المبكرة من تطور الكون. هذا الاكتشاف مشابه للمعلم الذي يسير في فصل دراسي ويتوقع استقبال غرفة مليئة بالمراهقين الجامحين والعثور على شباب جيد الإعداد.
قال الدكتور روبرتو أبراهام (جامعة تورنتو) وهو باحث رئيسي في الفريق الذي يقوم بالملاحظات في الجوزاء: "تخبرنا النظرية أن هذه الحقبة يجب أن تهيمن عليها المجرات الصغيرة التي تحطم بعضها البعض". "نحن نرى أن جزءًا كبيرًا من النجوم في الكون موجود بالفعل عندما كان الكون صغيرًا جدًا ، وهذا لا ينبغي أن يكون عليه الحال. تُظهر هذه اللمحة في الزمن بوضوح شديد أننا بحاجة إلى إعادة التفكير فيما حدث خلال هذه الحقبة المبكرة من تطور المجرة. بالتأكيد سيكون لدى المنظرين شيء يقضون عليه! "
تم الإعلان عن النتائج اليوم في الاجتماع 203 للجمعية الفلكية الأمريكية في أتلانتا ، جورجيا. سيتم نشر البيانات قريبًا للمجتمع الفلكي بأكمله لمزيد من التحليل ، وتوشك أربع أوراق على الانتهاء من نشرها في مجلة The Astrophysical Journal و The Astronomical Journal.
الدكتور Isobel Hook ، رئيس مجموعة دعم Gemini في المملكة المتحدة ، ومقرها في جامعة أكسفورد ، هو عضو في فريق Gemini Deep Deep Survey (GDDS) متعدد الجنسيات الذي أجرى التحقيق. تشرح كيف تعمل التقنية ، استخدم الفريق تقنية خاصة لالتقاط أضعف ضوء مجرة تم تشريحه على الإطلاق في قوس قزح من الألوان تسمى الطيف. إجمالاً ، تم جمع أطياف من أكثر من 300 مجرة ، معظمها ضمن ما يسمى "الصحراء الحمراء" ، وهي فترة غير مكتشفة نسبيًا من الكون شوهدت بواسطة التلسكوبات التي ترجع إلى عصر كان الكون فيه 3-6 مليار سنة فقط قديم.
وتضيف أن هذه الأطياف تمثل العينة الأكثر اكتمالًا التي تم الحصول عليها على الإطلاق من المجرات في صحراء Redshift. من خلال الحصول على كميات كبيرة من البيانات من أربعة حقول منفصلة على نطاق واسع ، يوفر هذا المسح الأساس الإحصائي لاستخلاص الاستنتاجات التي تم الاشتباه بها من خلال الملاحظات السابقة التي قام بها تلسكوب هابل الفضائي ومرصد كيك وتلسكوب سوبارو والتلسكوب الكبير جدًا على مدى العقد الماضي.
إن دراسة المجرات الباهتة في هذه الحقبة عندما كان الكون يبلغ 20-40٪ فقط من عمره الحالي يمثل تحديًا كبيرًا لعلماء الفلك ، حتى عند استخدام قدرة جمع الضوء لتلسكوب كبير جدًا مثل Gemini North مع مرآته التي يبلغ طولها 8 أمتار. ركزت جميع استطلاعات المجرات السابقة في هذا المجال على المجرات التي يحدث فيها تكوين نجمي مكثف ، مما يسهل الحصول على أطياف ولكنه ينتج عينة متحيزة. كانت GDDS قادرة على اختيار عينة أكثر تمثيلًا بما في ذلك تلك المجرات التي تحتوي على المجرات الأكثر طبيعية ، باهتة ، وأكثر ضخامة تتطلب تقنيات خاصة لإقناع الطيف من الضوء الخافت.
"إن بيانات الجوزاء هي المسح الأكثر شمولًا على الإطلاق الذي يغطي معظم المجرات التي تمثل الظروف في أوائل الكون. هذه هي المجرات الضخمة التي هي في الواقع أكثر صعوبة في الدراسة بسبب افتقارها للضوء النشط من تكوين النجوم. قال المحقق الرئيسي المشارك الدكتور كارل جلازبروك (جامعة جونز هوبكنز): إن هذه المجرات المتطورة ، والتي كان شبابها النجمى قد ذهب منذ فترة طويلة ، لا يجب أن يكونوا موجودين ، ولكنهم موجودون.
قد يضطر علماء الفلك الذين يحاولون فهم هذه القضية إلى وضع كل شيء على الطاولة. قال الباحث الرئيسي الثالث في الاستطلاع ، الدكتور باتريك مكارثي (مراصد معهد كارنيجي): "من غير الواضح ما إذا كنا بحاجة إلى تعديل النماذج الحالية أو تطوير نموذج جديد لفهم هذه النتيجة". "من الواضح تمامًا من أطياف الجوزاء أن هذه مجرات بالغة النضج بالفعل ، ولا نرى آثار حجب الغبار. من الواضح أن هناك بعض الجوانب الرئيسية حول حياة المجرات المبكرة التي لا نفهمها. حتى أنه من الممكن أن تكون الثقوب السوداء في كل مكان أكثر بكثير مما كنا نعتقد في الكون المبكر ولعبت دورًا أكبر في بذر تشكيل المجرات المبكرة. "
يمكن القول إن نظرية تطور المجرة السائدة تفترض أن عدد المجرات في هذه المرحلة المبكرة كان يجب أن تهيمن عليها كتل البناء التطورية. يسمى النموذج الهرمي ، وهو يتنبأ بأن المجرات العادية إلى الكبيرة ، مثل تلك التي تمت دراستها في هذا العمل ، لن تكون موجودة بعد ، وستتكون بدلاً من ذلك من خلايا النحل المحلية للنشاط حيث نمت المجرات الكبيرة. تكشف GDDS أن هذا قد لا يكون كذلك.
كما تم استخدام أطياف هذا المسح لتحديد تلوث الغاز النجمي بالعناصر الثقيلة (المسماة "المعادن") التي تنتجها النجوم. هذا مؤشر رئيسي لتاريخ التطور النجمي في المجرات. قالت ساندرا سافاجليو (جامعة جونز هوبكنز) ، التي درست هذا الجانب من البحث ، "إن تفسيرنا للكون يتأثر بشدة بالطريقة التي نراها بها. نظرًا لأن GDDS لاحظت وجود مجرات ضعيفة جدًا ، يمكننا اكتشاف الغاز بين النجوم حتى إذا تم حجبه جزئيًا بسبب وجود الغبار. من خلال دراسة التركيب الكيميائي للغاز النجمي ، اكتشفنا أن المجرات في المسح الخاص بنا غنية بالمعادن أكثر مما هو متوقع ".
وعلق الدكتور ريتشارد إليس ، عالم الفلك في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (Caltech) قائلاً: “يمثل المسح العميق العميق الذي أجرته Gemini إنجازًا كبيرًا للغاية ، من الناحية الفنية والعلمية. قدم المسح إحصاءًا جديدًا وقيِّمًا للمجرات خلال فترة رئيسية في التاريخ الكوني ، وهي فترة كان من الصعب دراستها حتى الآن ، خاصة بالنسبة للمكون الهادئ من سكان المجرة ".
جعل الملاحظات في صحراء Redshift إحباط علماء الفلك الحديث في العقد الماضي. في حين أن الفلكيين يعرفون أن الكثير من المجرات يجب أن توجد في صحراء Redshift ، إلا أنها مجرد "صحراء" لأننا لم نتمكن من الحصول على أطياف جيدة من العديد منها. تكمن المشكلة في حقيقة أن السمات الطيفية الرئيسية المستخدمة لدراسة هذه المجرات كانت حمراء بسبب توسع الكون في جزء من الطيف البصري الذي يتوافق مع توهج خافت وطبيعي غامض في الغلاف الجوي لليل الأرض.
للتغلب على هذه المشكلة ، تم استخدام تقنية معقدة تسمى "الإيماءة والمراوغة" على تلسكوب الجوزاء. "تمكّننا تقنية الإيماء والمراوغة من إزالة التوهج الطبيعي الباهت لسماء الليل لكشف الأطياف الهشة للمجرات الموجودة تحتها. تشرح الدكتورة كاثي روث ، عالمة الفلك في الجوزاء التي كانت أيضًا جزءًا من الفريق وحصلت على الكثير من البيانات ، هذه المجرات أكثر خفوتًا بما يزيد عن 300 مرة عن توهج السماء. "لقد أثبتت أنها وسيلة فعالة للغاية للحد بشكل جذري من" الضوضاء "أو مستويات التلوث الموجودة في الإشارة من كاشف الضوء الإلكتروني."
استمرت كل ملاحظة ما يعادل حوالي 30 ساعة وأنتجت ما يقرب من 100 أطياف في وقت واحد. يتطلب المشروع بأكمله أكثر من 120 ساعة إجمالية من وقت التلسكوب. يضيف الدكتور جلازبروك الذي طور "هذا وقت كبير في السماء ، ولكن عندما تفكر في أنه سمح لنا بالمساعدة في سد فجوة حاسمة بنسبة 20٪ في فهمنا للكون ، فقد قضى وقتًا جيدًا". استخدام Nod و Shuffle مع Joss Hawthorn لملاحظات المجرة الباهتة أثناء وجوده في المرصد الأنجلو أسترالي قبل بضع سنوات.
ركزت الدراسات السابقة في صحراء Redshift على المجرات التي لم تكن تمثل بالضرورة الأنظمة السائدة. لهذه الدراسة ، تم اختيار المجرات بعناية استنادًا إلى بيانات من Las Campanas Infrared Survey من أجل التأكد من أن المجرات القوية التي تنبعث منها الأشعة فوق البنفسجية لم يتم المبالغة فيها. يقول الدكتور أبراهام: "هذه الدراسة فريدة من نوعها حيث تمكنا من دراسة الطرف الأحمر للطيف ، وهذا يخبرنا عن أعمار النجوم القديمة". "لقد قمنا بتعريضات طويلة بشكل لا يصدق مع Geminiabout عشر مرات مثل التعرضات المعتادة. دعونا نلقي نظرة على مجرات أكثر خفوتًا مما هو عليه الحال دائمًا ، ودعنا نركز على معظم النجوم ، بدلاً من المجرات الصغيرة البراقة. وهذا يجعل من السهل علينا معرفة كيفية تطور المجرات. لم نعد نخمن في ذلك من خلال دراسة الأشياء الصغيرة وافتراض أن الأشياء القديمة لم تساهم كثيرًا في قصة تطور المجرة. اتضح أن هناك الكثير من المجرات القديمة ، لكن من الصعب العثور عليها ".
المصدر الأصلي: بيان صحفي PPARC
