بعد أسبوع واحد ، وجد علماء الفلك مجرة ​​أعمق في الزمن

لم تصل البيانات من تلسكوب ويب الفضائي إلى أيدي علماء الفلك إلا خلال الأسابيع القليلة الماضية ، لكنهم كانوا ينتظرون هذا الأمر منذ سنوات ، ويبدو أنه تم إعداد التحليلات. كانت النتيجة أشبه بسباق يعود بالزمن إلى الوراء ، حيث وجدت الاكتشافات الجديدة أجسامًا تكونت أقرب إلى الانفجار العظيم الذي أنتج كوننا. الأسبوع الماضي، أحد عمليات البحث هذه ظهرت مجرة ​​كانت موجودة بعد أقل من 400 مليون سنة من الانفجار العظيم. هذا الأسبوع ، كشف تحليل جديد عن مجرة ​​ظهرت بعد 233 مليون سنة فقط من ظهور الكون.

هذا الاكتشاف هو نتيجة ثانوية سعيدة للعمل الذي تم تصميمه للإجابة على سؤال أكثر عمومية: كم عدد المجرات التي يجب أن نتوقع رؤيتها في نقاط زمنية مختلفة بعد الانفجار العظيم؟

الرجوع بالزمن

كما ذكرنا الأسبوع الماضي ، كان الكون المبكر معتمًا للضوء عند أي أطوال موجية تحمل طاقة أكثر مما هو مطلوب لتأين الهيدروجين. هذه الطاقة موجودة في جزء الأشعة فوق البنفسجية من الطيف ، لكن التحول الأحمر الناجم عن 13 مليار سنة من توسع الكون قد حوّل نقطة القطع هذه إلى جزء الأشعة تحت الحمراء من الطيف. للعثور على مجرات من هذا الوقت ، علينا البحث عن أجسام غير مرئية عند أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء الأقصر (بمعنى أن الضوء كان فوق نقطة قطع الهيدروجين مرة واحدة) ، ولكنها تظهر في أطوال موجية منخفضة الطاقة.

كلما كانت الحدود بين المرئي وغير المرئي أعمق في الأشعة تحت الحمراء ، كان الانزياح الأحمر أقوى ، وكلما كان الكائن أبعد. كلما كان الجسم بعيدًا ، كلما اقترب الزمن من الانفجار العظيم.

يمكن لدراسات هذه المجرات أن تخبرنا بشيء عن خصائصها الفردية. لكن تحديد مجموعة كبيرة من المجرات المبكرة يمكن أن يساعدنا في تحديد مدى سرعة تشكلها وتحديد أي تغييرات في ديناميكيات المجرات حدثت في وقت محدد في ماضي الكون. هذا التغيير بمرور الوقت في تردد الأجسام المرئية يسمى “وظيفة اللمعان” ، وقد تم القيام ببعض العمل لوصف وظيفة اللمعان للمجرات المبكرة. لكن الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء للمجرات الأولى يمتصها الغلاف الجوي للأرض ، وبالتالي يجب تصويرها من الفضاء. وكان ذلك أحد أهداف تصميم Webb Telescope.

ركز العمل الجديد على فحص وظيفة اللمعان للمجرات التي تشكلت بعد فترة وجيزة (من الناحية الفلكية) بعد الانفجار العظيم. ولكن عند إنشاء فهرس للمجرات المبكرة ، اكتشف الباحثون ما يبدو أنه أقدم مجرة ​​تم تصويرها على الإطلاق.

تحديد الوظيفة

استخدم الباحثون مصدرين للبيانات لإعادة بناء ظهور المجرات في نقاط زمنية مختلفة. تم إنتاج إحداها عن طريق تحليل العمل المنجز باستخدام تلسكوب يعمل بالأشعة تحت الحمراء (ESA’s تلسكوب فيستا) وتلسكوب سبيتزر الفضائي ، وكلاهما صور مجرات كانت أقدم نسبيًا عندما أنتجا الضوء الذي يصل الآن إلى الأرض – حوالي 600 مليون سنة أو أكثر بعد الانفجار العظيم. البيانات الأخرى المتضمنة التي تم إنشاؤها بواسطة Webb ، بما في ذلك مجموعات البيانات التي تم تحليلها في الورقة أبلغنا عن ومنطقة تم تصويرها في أول إصدار للصورة العامة. في جميع الحالات ، بحث الباحثون عن الشيء نفسه: الأشياء التي كانت موجودة بأطوال موجات الأشعة تحت الحمراء الأطول ولكنها غائبة عن الموجات الأقصر.

بشكل عام ، حدد الفريق 55 مجرة ​​بعيدة ، 44 منها لم تتم ملاحظتها من قبل. تسعة وثلاثون منها تأتي من بيانات ويب ، وهذا الرقم يشمل المجرتين القديمتين اللتين تم تحديدهما الأسبوع الماضي. الأرقام ليست دقيقة بشكل خاص في حالات الانزياح الأحمر الأعلى ، حيث تعتمد على مجرة ​​واحدة أو مجرتين فقط. لكن بشكل عام ، يشير الاتجاه إلى انخفاض تدريجي في الأجسام المرئية في غضون بضع مئات من ملايين السنين من الانفجار العظيم ، دون تغييرات أو قطع حادة.

لكن الشيء المذهل هو أن هناك بيانات لمجرة عند انزياح أحمر كبير للغاية (z = 16.7 ، لأولئك الذين يفهمون هذه الأشياء). هذا يضعها في أقل من 250 مليون سنة بعد الانفجار العظيم. تعتمد هذه المسافة جزئيًا على حقيقة أن مرشح الطول الموجي الأول الذي يظهر فيه الكائن يظهر أنه باهت للغاية هناك ، مما يشير إلى أنه خافت عند الأطوال الموجية التي يسمح بها المرشح. يشير ذلك إلى أن انقطاع الضوء الناتج عن الهيدروجين يقع بالقرب من حافة نطاق المرشح.

مثل المجرات البعيدة التي تم وصفها الأسبوع الماضي ، يبدو أيضًا أن لديها ما يعادل مليار شمس من المواد في شكل نجوم. يقدر الباحثون أنه ربما يكون قد بدأ في تكوين النجوم منذ 120 مليون سنة بعد الانفجار العظيم ، وقد فعل ذلك بالتأكيد بحلول 220 مليون سنة.

الباحثون واثقون تمامًا من أن هذه المجرة الجديدة تمثل اكتشافًا حقيقيًا: “بعد البحث على نطاق واسع ، لا يمكننا حاليًا العثور على أي تفسير معقول لهذا الجسم ، بخلاف مجرة ​​ذات انزياح أحمر جديد.” وعن طريق إضافة تأكيد مستقل ثانٍ لاكتشافات المجرة السابقة ، فإنه يزيد بشكل كبير من ثقتنا في تلك الاكتشافات. كل هذا يشير إلى أن التلسكوب الجديد يفي بالوعود ، على الأقل من حيث المجرات المبكرة.

السؤال الكبير الآن هو ما الذي سيظهر عندما يتم توجيهها إلى مناطق ذات عدسات عالية ، والتي قد تكون قادرة على تكبير الأجسام إلى نقطة يمكننا فيها تصوير الهياكل داخل هذه المجرات المبكرة. من المحتمل أننا قمنا بذلك بالفعل ، ولكن سيتعين علينا الانتظار حتى تظهر الأوصاف في ملف arXiv.

ملف arXiv. رقم مجردة: 2207.12356 (حول ملف arXiv).