بدت العديد من المجرات المبكرة مثل نودلز حمام السباحة وألواح ركوب الأمواج

كشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لوكالة ناسا أن المجرات في بداية الكون تشبه بشكل رئيسي الأشكال الممدودة، مثل ألواح ركوب الأمواج وشعرية البركة، بدلا من الأشكال المستديرة. يمثل هذا الاكتشاف، المبني على تحليل صور الأشعة تحت الحمراء القريبة من مسح CEERS، اكتشافًا مهمًا حول بنية المجرات المبكرة ويوسع نطاق الأفكار التي قدمها تلسكوب هابل الفضائي. حقوق الصورة: NASA، ESA، CSA، STScI، ستيف فينكلستين (UT Austin)، ميكايلا باجلي (UT Austin)، ريبيكا لارسون (UT Austin)

شنق عشرة! وجد الباحثون الذين يستخدمون ويب أن العديد من المجرات البعيدة لها قرص بيضاوي مسطح وأشكال تشبه الأنبوب، وليس هياكل حلزونية أو إهليلجية.

على استعداد لضرب “الموجات” الكونية باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي؟ مثل رجل الإنقاذ المناوب، قام ويب بمسح الأفق ورصد مجرات بعيدة على شكل كرات الطائرة، والصحن الطائر، وألواح السباحة، وألواح ركوب الأمواج.

كما وجد الباحثون الذين حللوا بيانات ويب أن المجرات التي تشبه لوح ركوب الأمواج والمجرات المعكرونة كانت أكثر شيوعًا عندما كان عمر الكون يتراوح بين 600 مليون إلى 6 مليارات سنة. وهذا يتناقض مع ما أكدناه سابقًا بالنسبة للمجرات الأقرب إلى “الشاطئ” مع التلسكوبات الأخرى. غالبًا ما تكون المجرات القريبة عبارة عن حلزونات محددة بوضوح بأذرع مرصعة بالنجوم، والتي تشبه أيضًا الأطباق الطائرة، أو الأشكال الإهليلجية الملساء، والتي تبدو أيضًا مثل الكرات الطائرة.

ليس من الواضح بعد ما إذا كانت أشكال المجرات الجديدة قد تطورت عبر الزمن الكوني بأكمله. هناك حاجة إلى أبحاث مستقبلية لمعرفة كيفية تحول الأشكال الهندسية ثلاثية الأبعاد للمجرات على مدى أكثر من 13 مليار سنة.

هذه أمثلة للمجرات البعيدة التي التقطها تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا في مسح علوم الإصدار المبكر للتطور الكوني (CEERS).
أظهرت الأبحاث الحديثة في مجال CEERS بقيادة فيراج بانديا، زميل ناسا هابل في جامعة كولومبيا في نيويورك، أن المجرات تظهر في كثير من الأحيان مسطحة وممدودة، مثل المعكرونة أو ألواح ركوب الأمواج (على طول الصف العلوي).
المجرات الرقيقة والدائرية التي تشبه القرص، والتي تشبه الأطباق الطائرة، هي المجموعة الرئيسية التالية (أسفل اليسار والوسط).
وأخيرًا، شكلت المجرات ذات الشكل الكروي أو الكرات الطائرة أصغر جزء من اكتشافاتها (أسفل اليمين).
وتشير التقديرات إلى أن كل هذه المجرات كانت موجودة عندما كان عمر الكون ما بين 600 مليون إلى 6 مليارات سنة.
حقوق الصورة: NASA، ESA، CSA، STScI، ستيف فينكلستين (UT Austin)، ميكايلا باجلي (UT Austin)، ريبيكا لارسون (UT Austin)

يُظهر ويب أن العديد من المجرات المبكرة كانت تشبه نودلز حمام السباحة وألواح التزلج على الماء

يقوم الباحثون بتحليل الصور من ناساوجد تلسكوب جيمس ويب الفضائي أن المجرات في بداية الكون غالبًا ما تكون مسطحة وممدودة، مثل ألواح ركوب الأمواج وشعرية البلياردو – ونادرا ما تكون مستديرة، مثل الكرات الطائرة أو الأطباق الطائرة. وأوضح المؤلف الرئيسي فيراج بانديا، وهو زميل هابل في وكالة ناسا: “يبدو أن ما يقرب من 50 إلى 80٪ من المجرات التي درسناها تبدو مسطحة في بعدين”. جامعة كولومبيا في نيويورك. “يبدو أن المجرات التي تبدو وكأنها شعيرية حمام السباحة أو ألواح ركوب الأمواج كانت شائعة جدًا في الكون المبكر، وهو أمر مثير للدهشة، لأنها غير شائعة في مكان قريب.”

ركز الفريق على مجال واسع من الصور القريبة من الأشعة تحت الحمراء التي قدمها ويب، والمعروفة باسم مسح علوم الإصدار المبكر للتطور الكوني (CEERS)، حيث استخرجوا المجرات التي يقدر أنها كانت موجودة عندما كان عمر الكون ما بين 600 مليون إلى 6 مليارات سنة.

في حين أن معظم المجرات البعيدة تبدو مثل ألواح ركوب الأمواج وشعرية البلياردو، فإن البعض الآخر على شكل أطباق فريسبي وكرات الطائرة. تبدو “الكرات الطائرة” أو المجرات الكروية الشكل هي النوع الأكثر ضغطًا على “المحيط” الكوني وكانت أيضًا الأقل تحديدًا في كثير من الأحيان. وُجد أن الألواح الطائرية كبيرة مثل لوح ركوب الأمواج والمجرات على شكل المعكرونة على طول “الأفق”، ولكنها تصبح أكثر شيوعًا بالقرب من “الشاطئ” في الكون المجاور. (قارنها في الرسم التوضيحي أدناه.)

حدد فريق بانديا أربعة تصنيفات رئيسية، موضحة أعلاه ككائنات ثلاثية الأبعاد ومقاطع عرضية. يتم ترتيبها من الأقل إلى الأكثر تكرارا.
في أعلى اليسار، يُظهر مسح ويب تصنيفًا نادرًا في بداية الكون، ولكنه شائع اليوم: المجرات التي لها شكل كروي أو كرات طائرة.
في أعلى اليمين توجد أقراص دائرية مسطحة أو طبق طائر، وهي أكثر شيوعًا قليلاً.
تبدو أشكال المجرات التي سيطرت خلال هذه الفترة المبكرة مسطحة وممدودة، مثل ألواح ركوب الأمواج، الموضحة في أسفل اليسار، أو شعيرية حمام السباحة، في أسفل اليمين. يشكل هذا الزوج من التصنيفات ما يقرب من 50 إلى 80% من جميع المجرات البعيدة التي درسوها حتى الآن – وهي مفاجأة، لأن هذه الأشكال غير شائعة في مكان قريب.
مصدر الصورة: ناسا، وكالة الفضاء الأوروبية، وكالة الفضاء الكندية، جوزيف أولمستيد (STScI)، فيراج بانديا (كولومبيا)، هاوين تشانغ (جامعة أريزونا)، لوسي ريدينغ إيكاندا (مؤسسة سيمونز)

الفئة التي ستكون لدينا درب التبانة هل ستقع المجرة في حال تمكنا من إرجاع عقارب الساعة إلى الوراء بمليارات السنين؟ وقال المؤلف المشارك هاوين تشانغ، وهو مرشح لدرجة الدكتوراه في جامعة أريزونا في توكسون: “أفضل تخمين لدينا هو أنه ربما بدا وكأنه لوح ركوب الأمواج”. تعتمد هذه الفرضية جزئيًا على أدلة جديدة من ويب، حيث قام المنظرون “بإرجاع عقارب الساعة إلى الوراء” لتقدير كتلة درب التبانة منذ مليارات السنين، والتي كانت مرتبطة بالشكل في ذلك الوقت.

هذه المجرات البعيدة أيضًا أقل كتلة بكثير من المجرات الحلزونية والإهليلجية القريبة، فهي مقدمة لمجرات أكثر ضخامة مثل مجرتنا. وقال كارثيك آير، المؤلف المشارك وزميل ناسا هابل أيضًا في جامعة كولومبيا: “في بداية الكون، كان لدى المجرات وقت أقل بكثير للنمو”. “إن تحديد فئات إضافية للمجرات المبكرة أمر مثير – هناك الكثير لتحليله الآن. يمكننا الآن دراسة كيفية ارتباط أشكال المجرات بمظهرها وتقديم عرض أفضل لكيفية تشكلها بمزيد من التفصيل.

تحتوي مجرتنا، درب التبانة، على ثقب أسود هائل في قلبها محاط بانتفاخ مركزي من النجوم القديمة الصفراء. أبعد من ذلك توجد أذرع حلزونية مزرقة مليئة بالنجوم الأصغر سنا، والنجوم المتكونة حديثا، والممرات المظلمة من الغبار. الائتمان: وكالة ناسا وSTScI

سمحت حساسية ويب والصور عالية الدقة والتخصص في ضوء الأشعة تحت الحمراء للفريق بالقيام بعمل سريع لتوصيف العديد من مجرات CEERS، ووضع نماذج هندسية ثلاثية الأبعاد لها. يقول بانديا أيضًا إن عملهم لم يكن ممكنًا لولا الأبحاث المكثفة التي أجراها علماء الفلك باستخدام وكالة ناسا تلسكوب هابل الفضائي.

على مدى عقود، أبهرنا هابل بصور بعض المجرات الأقدم، بدءًا من أولى المجرات “المجال العميق” في عام 1995 والاستمرار في المسح الأساسي المعروف باسم المسح الكوني للتراث العميق خارج المجرة بالأشعة تحت الحمراء القريبة. أدت مسوحات السماء العميقة مثل هذه إلى إحصائيات أكبر بكثير، مما دفع علماء الفلك إلى إنشاء نماذج قوية ثلاثية الأبعاد للمجرات البعيدة في جميع أنحاء العالم. الوقت الكوني. واليوم، يساعد ويب في تعزيز هذه الجهود، مضيفًا مجموعة كبيرة من المجرات البعيدة التي تقع خارج متناول هابل، ويكشف عن الكون المبكر بتفاصيل أكبر بكثير مما كان ممكنًا في السابق.

هذا جزء من مسح علوم الإطلاق المبكر للتطور الكوني (CEERS)، والذي يتكون من عدة مؤشرات قريبة من الأشعة تحت الحمراء من NIRCam (كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة) الموجودة على متن تلسكوب جيمس ويب الفضائي. وتقع هذه الملاحظات ضمن نفس المنطقة التي درسها تلسكوب هابل الفضائي، والمعروفة باسم شريط جروث الممتد.
تُظهر أسهم البوصلة الشمالية والشرقية اتجاه الصورة في السماء. لاحظ أن العلاقة بين الشمال والشرق في السماء (كما ترى من الأسفل) مقلوبة بالنسبة لأسهم الاتجاه على خريطة الأرض (كما ترى من الأعلى).
تُظهر هذه الصورة أطوال موجية غير مرئية من الأشعة تحت الحمراء القريبة والتي تمت ترجمتها إلى ألوان الضوء المرئي. يُظهر مفتاح اللون مرشحات NIRCam التي تم استخدامها عند جمع الضوء. لون كل اسم مرشح هو لون الضوء المرئي المستخدم لتمثيل ضوء الأشعة تحت الحمراء الذي يمر عبر هذا المرشح.
يُسمى شريط المقياس بالثواني القوسية، وهو مقياس للمسافة الزاوية في السماء. ثانية قوسية واحدة تساوي قياسًا زاويًا قدره 1/3600 من الدرجة الواحدة. هناك 60 دقيقة قوسية في الدرجة و60 ثانية قوسية في الدقيقة القوسية. (يبلغ القطر الزاوي للقمر حوالي 30 دقيقة قوسية). ويعتمد الحجم الفعلي للجسم الذي يغطي ثانية قوسية واحدة في السماء على بعدها عن التلسكوب.
حقوق الصورة: ناسا، وكالة الفضاء الأوروبية، وكالة الفضاء الكندية، STScI، ستيف فينكلستين (UT Austin)، ميكايلا باجلي (UT Austin)

لقد كانت الصور التي التقطها ويب للكون المبكر بمثابة أمواج محيطية، حيث قدمت موجات جديدة من الأدلة. وأوضح المؤلف المشارك مارك هويرتاس، وهو عالم أبحاث في معهد الفيزياء الفلكية في جزر الكناري: “لقد أظهر هابل منذ فترة طويلة وجود فائض من المجرات المستطيلة”. لكن الباحثين ما زالوا يتساءلون: هل ستظهر التفاصيل الإضافية بشكل أفضل مع الحساسية للضوء تحت الأحمر؟ “أكد ويب أن هابل لم يفوت أي ميزات إضافية في المجرات التي رصدها كلاهما. بالإضافة إلى ذلك، أظهر لنا ويب العديد من المجرات البعيدة ذات الأشكال المتشابهة، وكلها بتفصيل كبير.

لا تزال هناك فجوات في معرفتنا – فالباحثون لا يحتاجون فقط إلى حجم عينة أكبر من ويب لتحسين الخصائص والمواقع الدقيقة للمجرات البعيدة، بل سيحتاجون أيضًا إلى قضاء وقت طويل في التغيير والتبديل وتحديث نماذجهم لتعكس الأشكال الهندسية الدقيقة بشكل أفضل. من المجرات البعيدة. وقالت المؤلفة المشاركة إليزابيث ماكجراث، الأستاذة المساعدة في كلية كولبي في واترفيل بولاية مين: “هذه نتائج مبكرة”. “نحن بحاجة إلى التعمق أكثر في البيانات لمعرفة ما يحدث، ولكننا متحمسون جدًا لهذه الاتجاهات المبكرة.”

المرجع: “المجرات التي تسير على شكل موز: استنتاج الهندسة ثلاثية الأبعاد للمجرات ذات الانزياح الأحمر العالي باستخدام JWST-CEERS” بقلم فيراج بانديا، هاوين تشانغ، شركة مارك هويرتاس، كارثيك جي آير، إليزابيث ماكغراث، غييرمو بارو، ستيفن إل فينكلستين، مارتن كويميل، ويليام جي. هارتلي، هنري سي. فيرجسون، جيهان إس. كارتالتيبي، جويل بريماك، أفيشاي ديكل، ساندرا إم. فابر، ديفيد سي. كو، جريج إل. برايان، راشيل إس. سومرفيل، ريكاردو أو. أمورين، بابلو أرابال هارو، ميكايلا بي باجلي، إريك إف بيل، إيمانويل بيرتين، لوكا كوستانتين، روميل ديف، مارك ديكنسون، روبرت فيلدمان، أدريانو فونتانا، رافائيل جافازي، ماورو جيافاليسكو، أندريا جرازيان، نورمان إيه جروجين، يوشين جو، تشانغهون هان، بيني هولويردا، ليزا جيه. كيولي، أليسون كيركباتريك، أنطون إم. كويكمور، جينيفر إم. لوتز، راي أ. لوكاس، لورا بينتيريتشي، بابلو جي. بيريز غونزاليس، نور بيرزكال، ديل د. كوسيفسكي، كيسي بابوفيتش، سوارا رافيندراناث، كايتلين روز، مارك شيفر، ريموند سي. سيمونز، آمبر إن. سترون، ساندرو تاكيلا، جوناثان آر. ترامب، ألكسندر دي لا فيجا، ستيفن إم. ويلكنز، ستيجن ويتس، غوانغ يانغ، ولاي آرون يونغ، مقبولة، ال مجلة الفيزياء الفلكية.
أرخايف:2310.15232

يعد تلسكوب جيمس ويب الفضائي المرصد الرائد لعلوم الفضاء في العالم. يعمل ويب على حل الألغاز في نظامنا الشمسي، ويتطلع إلى ما وراء العوالم البعيدة حول النجوم الأخرى، ويستكشف الهياكل والأصول الغامضة لكوننا ومكاننا فيه. ويب هو برنامج دولي تقوده وكالة ناسا مع شركائها وكالة الفضاء الأوروبية (ESA)وكالة الفضاء الأوروبية) ووكالة الفضاء الكندية.