أخيرا عرفنا ما الذي أضاء الأضواء في فجر التاريخ : ScienceAlert

نحن نعلم أخيرًا ما الذي جلب الضوء إلى الفراغ المظلم عديم الشكل في الكون المبكر.

وفقًا للبيانات الصادرة عن تلسكوبي هابل وجيمس ويب الفضائيين، فإن أصول الفوتونات الحرة الطائرة في فجر الكون المبكر كانت مجرات قزمة صغيرة اشتعلت فيها الحياة، مما أدى إلى إزالة ضباب الهيدروجين العكر الذي ملأ الفضاء بين المجرات. ورقة جديدة تم نشر البحث في فبراير.

“يكشف هذا الاكتشاف عن الدور الحاسم الذي لعبته المجرات فائقة الخفّة في تطور الكون المبكر”. وقالت عالمة الفيزياء الفلكية إيرينا تشيميرينسكا من معهد الفيزياء الفلكية في باريس.

“إنها تنتج فوتونات مؤينة تعمل على تحويل الهيدروجين المحايد إلى بلازما مؤينة أثناء إعادة التأين الكوني. وهذا يسلط الضوء على أهمية فهم المجرات ذات الكتلة المنخفضة في تشكيل تاريخ الكون.”

في بداية الكون، وبعد دقائق من الانفجار العظيم، امتلأ الفضاء بضباب كثيف من البلازما المتأينة. وما كان للضوء القليل الذي كان موجودًا أن يخترق هذا الضباب؛ بل كانت الفوتونات لتتناثر ببساطة عن الإلكترونات الحرة العائمة حولها، الأمر الذي جعل الكون مظلمًا فعليًا.

مع برودة الكون، بعد حوالي 300 ألف عام، بدأت البروتونات والإلكترونات في الالتقاء لتكوين غاز الهيدروجين المحايد (وقليل من الهيليوم). كانت معظم الأطوال الموجية للضوء قادرة على اختراق هذا الوسط المحايد، لكن لم يكن هناك سوى القليل من مصادر الضوء لإنتاجه. ولكن من هذا الهيدروجين والهيليوم، وُلدت النجوم الأولى.

كانت تلك النجوم الأولى تصدر إشعاعات كانت قوية بما يكفي لنزع الإلكترونات من نواتها وإعادة تأين الغاز. ولكن بحلول هذه النقطة، كان الكون قد تمدد إلى الحد الذي جعل الغاز منتشرًا، ولم يعد قادرًا على منع الضوء من التألق. وبعد حوالي مليار عام من الانفجار العظيم، وهي نهاية الفترة المعروفة باسم الفجر الكوني، أعيد تأين الكون بالكامل. تادا! أضاءت الأضواء.

ولكن بسبب وجود الكثير من الضبابية في الفجر الكوني، ولأنه خافت للغاية وبعيد عبر الزمان والمكان، فقد واجهنا صعوبة في رؤية ما هو موجود هناك. واعتقد العلماء أن المصادر المسؤولة عن معظم هذا الضباب لابد وأن تكون قوية ــ الثقوب السوداء الضخمة التي ينتج تراكمها ضوءاً ساطعاً، على سبيل المثال، والمجرات الضخمة في خضم تشكل النجوم (تنتج النجوم الوليدة الكثير من الأشعة فوق البنفسجية).

صُمم تلسكوب جيمس ويب جزئيًا للنظر في فجر الكون ومحاولة معرفة ما يختبئ فيه. وقد حقق نجاحًا كبيرًا، وكشف عن كل أنواع المفاجآت حول هذا الوقت الحاسم في تشكيل كوننا. والمثير للدهشة أن ملاحظات التلسكوب تشير الآن إلى أن المجرات القزمة هي اللاعب الرئيسي في إعادة التأين.

وقد لجأ فريق دولي بقيادة عالم الفيزياء الفلكية حكيم عتيق من معهد الفيزياء الفلكية في باريس إلى بيانات تلسكوب جيمس ويب عن مجموعة مجرات تسمى أبيل 2744، مدعومة ببيانات من هابل. وتتمتع أبيل 2744 بكثافة عالية لدرجة أن الزمكان ينحني حولها، ويشكل عدسة كونية؛ وأي ضوء بعيد يسافر إلينا عبر هذا الزمكان يصبح مكبرًا. وقد سمح هذا للباحثين برؤية مجرات قزمة صغيرة بالقرب من الفجر الكوني.

وبعد ذلك، استخدموا تلسكوب جيمس ويب للحصول على أطياف تفصيلية لهذه المجرات الصغيرة. وكشف تحليلهم أن هذه المجرات القزمة ليست فقط أكثر أنواع المجرات وفرة في الكون المبكر، بل إنها أكثر سطوعًا مما كان متوقعًا. في الواقع، يُظهر بحث الفريق أن المجرات القزمة تفوق المجرات الكبيرة عددًا بنسبة 100 إلى 1، وأن إجمالي إنتاجها يبلغ أربعة أضعاف الإشعاع المؤين المفترض عادةً للمجرات الأكبر.

“إن هذه القوى الكونية مجتمعة تبعث طاقة أكثر من كافية لإنجاز المهمة” قال أتيك“وعلى الرغم من صغر حجمها، فإن هذه المجرات ذات الكتلة المنخفضة تنتج كميات هائلة من الإشعاع النشط، ووفرتها خلال هذه الفترة كبيرة للغاية لدرجة أن تأثيرها الجماعي يمكن أن يحول حالة الكون بأكملها.”

إنه أفضل دليل حتى الآن على القوة الكامنة وراء إعادة التأين، ولكن هناك المزيد من العمل الذي يتعين القيام به. نظر الباحثون إلى رقعة صغيرة من السماء؛ وهم بحاجة إلى التأكد من أن العينة التي سيختارونها ليست مجرد مجموعة شاذة من المجرات القزمة، بل هي عينة تمثل السكان بالكامل في فجر الكون.

يعتزم العلماء دراسة المزيد من مناطق العدسات الكونية في السماء للحصول على عينة أوسع من التجمعات المجرية المبكرة. ولكن النتائج مثيرة للغاية فيما يتعلق بهذه العينة فقط. ظل العلماء يطاردون الإجابات على إعادة التأين منذ أن عرفنا عنها. ونحن على وشك إزالة الضباب أخيرًا.

“لقد دخلنا الآن إلى منطقة مجهولة مع JWST” قال عالم الفيزياء الفلكية ثيميا ناناياكارا من جامعة سوينبرن للتكنولوجيا في أستراليا.

“يفتح هذا العمل المزيد من الأسئلة المثيرة التي نحتاج إلى الإجابة عليها في جهودنا لرسم التاريخ التطوري لبداياتنا.”

وقد تم نشر البحث في طبيعة.

نُشرت النسخة الأصلية من هذه المقالة في مارس 2024.