قام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) التابع لناسا بفحص مجرة تشكلت بعد 430 مليون سنة فقط من الانفجار الكبير.
إذا كان العلماء على حق، فهذه المجرة هي واحدة من أقدم المجرات الموجودة على الإطلاق، ويمكن أن تكون حضانة لنجوم المجموعة الثالثة القديمة – وهي الكأس المقدسة لعلم الفلك الحديث.
تحتوي المجرة، المسماة GN-z11، على ثقب أسود هائل في مركزها يزن ما يعادل 2 مليون شمس.
يأتي سطوعه الاستثنائي من جميع المواد الساخنة والثقيلة التي يمتصها الثقب الأسود.
هذه الصورة مأخوذة من كاميرا NIRCam (كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة) التابعة لتلسكوب جيمس ويب الفضائي. يُظهر جزءًا من حقل المجرات GOODS-North. في أسفل اليمين، يسلط السحب الضوء على المجرة GN-z11، التي شوهدت في وقت ما بعد 430 مليون سنة فقط من الانفجار الكبير.
تم إطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي في عام 2021 لجمع الضوء الخافت من النجوم البعيدة.
وهذا يعطينا لمحة عن الأيام الأولى لتكوين الكون، منذ حوالي 13.8 مليار سنة.
يشير اكتشافه الجديد إلى أن التلسكوب الفضائي مجهز جيدًا للوفاء بوعوده.
تم رصد المجرة لأول مرة في عام 2015 بواسطة تلسكوب هابل الفضائي.
GN-z11 أكثر سطوعًا من النجوم والمجرات الأخرى القريبة.
في ذلك الوقت، كان بإمكان العلماء أن يقولوا أنه كان استثنائيًا، لكن تلسكوب هابل الفضائي لم يكن قويًا بما يكفي لمساعدتهم على تفسير السبب.
ويزعم علماء الفلك الآن أن جزءًا من سطوعها هو أن المجرة تستضيف ثقبًا أسود مركزيًا فائق الكتلة تبلغ كتلته مليوني ضعف كتلة شمسنا.
إنها مادة تتراكم بسرعة، لذا تبدو المنطقة المحيطة بالثقب الأسود مشرقة بشكل استثنائي.
ويُعد GN-z11 أيضًا الثقب الأسود فائق الكتلة الأكثر بُعدًا الذي وصفه علماء الفلك على الإطلاق.
يظهر المجرة GN-z11 في الصورة الداخلية، كما تم رصدها لأول مرة في عام 2015 بواسطة تلسكوب هابل الفضائي.
وقال العالم الرئيسي روبرتو مايولينو، أستاذ الفيزياء الفلكية التجريبية بجامعة كامبريدج، في بيان: “لقد وجدنا غازًا كثيفًا للغاية وهو شائع في المنطقة المجاورة للثقوب السوداء فائقة الكتلة التي تتراكم الغاز”.
وقال: “كانت هذه أول الدلائل الواضحة على أن GN-z11 يستضيف ثقبًا أسود يلتهم المادة”.
حددت كاميرا NIRCam التابعة لـ JWST (كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة) موقع GN-z11 في مجال المجرات GOODS-North.
قد لا تبدو الصور الجديدة من تلسكوب جيمس ويب الفضائي بنفس مستوى التفاصيل مثل صورة هابل لعام 2015، ولكن بينما التقط هابل الضوء فوق البنفسجي، كان تلسكوب جيمس ويب الفضائي قادرًا على إظهار الأشعة تحت الحمراء.
الأشعة تحت الحمراء هي نوع من الضوء يبلغ طوله الموجي ضعف طول الأشعة فوق البنفسجية تقريبًا. وهذا مهم في هذه الحالة لأنه كانت هناك بعض الأدلة حول GN-z11 التي أغفلها هابل لأنه لا يمكن رؤيتها إلا بالأشعة تحت الحمراء.
كشفت كاميرا NIRCam عن عناصر كيميائية متأينة، والتي غالبًا ما تكون علامة على وجود ثقوب سوداء فائقة الكتلة تعمل على تراكم المواد.
وإلى جانب هذا التوقيع، لاحظ العلماء أيضًا “رياحًا” قوية تهب على المجرة بسرعة 800-1000 كيلومتر في الثانية (حوالي 500 إلى 600 ميل في الثانية).
وقالت هانا أوبلر، المؤلفة المشاركة في الدراسة، إن هذا أيضًا علامة نموذجية للثقب الأسود الهائل.
وقالت: “لقد كشفت كاميرا NIRCam (كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة) من Webb عن مكون ممتد، يتتبع المجرة المضيفة، ومصدر مركزي مضغوط تتوافق ألوانه مع ألوان القرص المتنامي المحيط بثقب أسود”.
تفسر هذه العوامل مجتمعة السطوع غير العادي لـ GN-z11.
نشر مايولينو وأوبلر وزملاؤهما النتائج التي توصلوا إليها في المجلة طبيعة.
استخدم فريق آخر أداة التلسكوب NIRSpec (مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة) لاكتشاف كتلة من غاز الهيليوم المحيطة بالمجرة.
وقال مايولينو: “حقيقة أننا لا نرى أي شيء آخر غير الهيليوم تشير إلى أن هذه الكتلة يجب أن تكون نقية إلى حد ما”.
“هذا شيء كان متوقعًا من خلال النظرية وعمليات المحاكاة في محيط المجرات الضخمة بشكل خاص من هذه العصور – حيث يجب أن تكون هناك جيوب من الغاز الأصلي باقية في الهالة، وقد تنهار هذه الجيوب وتشكل عناقيد نجمية من المجموعة الثالثة.”
كانت نجوم المجموعة الثالثة من أولى نجوم الكون، المكونة من الهيليوم والهيدروجين.
واستنادًا إلى حقيقة أن العلماء لاحظوا الهيليوم ولا شيء غيره، فإنهم يعتقدون أنهم عثروا على أحد هذه الكؤوس المقدسة في علم الفلك.
يوجد صندوق صغير يحدد GN-z11 في مجال المجرات (أعلى اليمين). وفي المنتصف، يمكن رؤيتها مكبرة. يُظهر المربع الموجود في أقصى اليسار هالة غاز الهيليوم حول المجرة، بما في ذلك كتلة لا يمكن رؤيتها بألوان الأشعة تحت الحمراء في المربع الأوسط. يُظهر الرسم البياني في الأسفل التوقيع الضوئي المميز للهيليوم ولا يوجد أي عنصر آخر. وخلص العلماء إلى أن هذا يعني أن كتلة الهيليوم هي بقايا بدائية من الانفجار الأعظم
تشكلت نجوم المجموعة الثالثة حول نقطة التحول في الكون المبكر، عندما كان يتحول من التبسيط والفوضى إلى التعقيد والنظام.
بدءًا من النتائج الأولى التي توصل إليها، ادعى علماء الفلك بحماس أن تلسكوب جيمس ويب الفضائي يكشف عن تفاصيل حول الكون المبكر والتي تقلب فهمنا للفيزياء الفلكية.
ومع ذلك، لا يتفق الجميع.
قد تكون هناك تفسيرات أبسط من “كل ما نعرفه خطأ”، وفقًا لدراسة حديثة.
قام فريق من الباحثين بمقارنة الصور التي التقطها تلسكوب جيمس ويب الفضائي مع الصور المماثلة التي التقطها تلسكوب هابل الفضائي الأقدم، وخلصوا إلى أنه ليس الوقت المناسب للتخلص من قواعد الفيزياء الفلكية.
وبدلاً من ذلك، يقترحون أن النتائج التي توصل إليها التلسكوبان الفضائيان متوافقة، طالما أن العلماء على استعداد للبحث عن تفسيرات تقليدية.
على سبيل المثال، يقترحون أن بعض ظروف الكون المبكر التي لم يتم فهمها بعد هي التي مكّنت من تكوين نجوم أكثر سطوعًا.