اكتشف علماء الفلك مجرة كبيرة جدًا وقديمة جدًا بحيث لا ينبغي أن تكون موجودة – على الأقل وفقًا لفهمنا الحالي لكيفية تشكل المجرات المبكرة.
وتحتوي المجرة، التي يطلق عليها اسم ZF-UDS-7329، على نجوم أكثر من مجرة درب التبانة، ويبدو أنها تشكلت قبل حوالي 13 مليار سنة.
تم رصده باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا (JWST)، وهي أداة مصممة لمراقبة هذه الأنواع من المجرات القديمة والعودة إلى العصور المبكرة للكون.
الأمر اللافت للنظر في هذا هو أن مجرة بهذا الحجم لا ينبغي أن تكون قادرة على التشكل في وقت مبكر جدًا من الكون لأن المادة المظلمة لم تكن موجودة بعد، مما يعني أن مجرة بهذا الحجم لا ينبغي أن تكون مدعومة بعد 800 مليون سنة من الانفجار الكبير.
ولم يتمكن علماء الفلك من رؤية المجرة ZF-UDS-7329 بوضوح قبل إطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي. الآن يمكنهم أن يروا أنها تشكلت منذ حوالي 13 مليار سنة.
وقالت الدكتورة ثيميا ناناياكارا، التي قادت التحليل الطيفي لبيانات تلسكوب جيمس ويب الفضائي: “إننا نتجاوز الآن ما كان ممكنًا لتأكيد أقدم الوحوش الضخمة الهادئة الموجودة في أعماق الكون”.
“هذا يدفع حدود فهمنا الحالي لكيفية تشكل المجرات وتطورها.”
“السؤال الرئيسي الآن هو كيف تتشكل بهذه السرعة في وقت مبكر جدًا من الكون، وما هي الآليات الغامضة التي تؤدي إلى منعها من تكوين النجوم فجأة عندما يفعل ذلك بقية الكون.”
يبلغ عمر كوننا حوالي 13.8 مليار سنة، مما يعني أن ZF-UDS-7329 تشكل عندما كان الكون في بداياته، أي حوالي 800 مليون سنة فقط.
لقد اعتقد علماء الفلك منذ فترة طويلة أن المادة المظلمة ضرورية لنمو المجرة بشكل كبير.
ويقولون إن هالات هذه المادة الغامضة شكلت البذرة التي تدعم مركز المجرة وتسمح لها بتراكم النجوم.
هناك مشكلة واحدة فقط في ZF-UDS-7329: بالنسبة لعلماء الفلك الآن، لم تكن المادة المظلمة موجودة في ذلك الوقت، على الأقل ليس بكميات كبيرة بما يكفي لدعم مثل هذه المجرة الضخمة.
ومع ذلك، هذه المجرة موجودة.
ويشير هذا إلى “فجوات كبيرة في فهمنا” لكيفية تشكل النجوم والمجرات المبكرة، كما كتب العلماء الذين يقفون وراء هذا الاكتشاف.
نُشرت الورقة التي تصف المجرة في المجلة طبيعة.
نظرًا للوقت الذي يستغرقه الضوء للسفر عبر الفضاء الشاسع، فإنه بحلول الوقت الذي يصل فيه إلى الأرض، فإنه يكون منزاحًا.
وقد طور علماء الفلك تقنيات لاكتشاف مدى ضخامة هذا التحول، مما سمح لهم بتحديد أن الصورة الملتقطة بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي من المحتمل أن يكون عمرها حوالي 11.5 مليار سنة.
وكتب الباحثون أن نجومها ربما تشكلت قبل حوالي 1.5 مليار سنة، مما يعني أن عمر المجرة حوالي 13 مليار سنة.
لقد حاول العلماء الحصول على صورة واضحة لهذه المجرة لمدة سبع سنوات، لكنها كانت بعيدة جدًا وباهتة جدًا لدرجة أنه حتى أكبر التلسكوبات على الأرض لم تتمكن من الحصول على صورة واضحة بما يكفي لقياس عمرها.
ومع تلسكوب جيمس ويب الفضائي، تمكنوا أخيرًا من ذلك.
تظهر صورة مقربة لـ ZF-UDS-7329 حجمه الهائل. يشير شريط المقياس إلى 2 كيلو فرسخ فلكي، أو 6530 سنة ضوئية.
وقالت كلوديا لاغوس، المؤلفة المشاركة في الدراسة، والأستاذة المشاركة في علم الفلك بجامعة غرب أستراليا، في بيان: “إن تكوين المجرة يتم تحديده إلى حد كبير من خلال كيفية تركيز المادة المظلمة”.
تعد الطريقة التي تتشكل بها المجرات مجالًا أساسيًا للدراسة في علم الفلك.
وعلى الرغم من أنه من الصعب أن نقول على وجه اليقين كيف كان الكون المبكر، فقد قام علماء الفيزياء الفلكية الحديثة ببناء العديد من النماذج التي تستخدم البيانات الحالية لوضع تنبؤات حوله.
أحد هذه التنبؤات، التي يميل علماء الفلك إلى الاتفاق عليها، هو أنه كان هناك عدد أقل من المجرات فائقة الكتلة كلما رجعنا بالزمن إلى الوراء.
هذه الملاحظات الجديدة لـ ZF-UDS-7329، إذا كانت دقيقة، ستضع هذه النماذج موضع تساؤل.
وقال لاغوس: “إن وجود هذه المجرات الضخمة للغاية في وقت مبكر جدًا من الكون يشكل تحديات كبيرة لنموذجنا القياسي لعلم الكونيات”. “وهذا لأننا لا نعتقد أن هياكل المادة المظلمة الضخمة التي تستضيف هذه المجرات الضخمة لم يكن لديها الوقت الكافي لتتشكل بعد.”
“هناك حاجة إلى مزيد من الملاحظات لفهم مدى شيوع هذه المجرات ولمساعدتنا على فهم مدى ضخامة هذه المجرات حقًا.”
ستكون الخطوات التالية للفريق هي العثور على المزيد من المجرات مثل هذه، لتأكيد النتائج والعثور على إجابات حول كيفية حدوثها.