تضيء صور Webb الجديدة تشكيل حشد مجري

يقوم فريق من الباحثين بنشر ورقة تستند إلى الصور الجديدة التي تم التقاطها بواسطة تلسكوب ويب الفضائي. تكشف الصور عن تركيز كثيف للمادة في بدايات الكون ، مما قد يشير إلى مراحل مبكرة في تكوين مجموعة مجرات. وبفضل مقياس الطيف الموجود ، تمكن ويب من تأكيد أن العديد من المجرات التي صورها هابل سابقًا كانت أيضًا جزءًا من العنقود. حتى أنها تتبعت تدفق الغاز المنبعث من أكبر مجرة ​​موجودة.

رسم الطيف

الأجهزة الرئيسية لهذا العمل هي NIRSpec ، و بالقرب من مطياف الأشعة تحت الحمراء هذا جزء من حزمة أدوات Webb. على الرغم من أن الأداة نفسها متطورة للغاية ، إلا أنها تعمل وفقًا لمبادئ مهمة لتشغيل أشياء مثل كاميرا هاتفك الخلوي.

في هذه الكاميرات الاستهلاكية ، تسجل المستشعرات سطوع ثلاث مناطق مختلفة من الطيف المرئي: الأحمر والأخضر والأزرق. يتم إنشاء الصور الناتجة عن طريق دمج هذه المعلومات ، مع وجود مناطق مختلفة من الصورة لها شدة مميزة لكل من هذه الألوان.

يعمل مقياس الطيف أيضًا عن طريق تتبع شدة الضوء في منطقة محدودة من الطيف. الفرق الرئيسي هو أن شرائح الطيف المصورة أصغر بكثير من النطاق الكامل للون مثل الأزرق. وفي هذه الحالة ، فهي ليست جزءًا من الألوان على الإطلاق – كل الأطوال الموجية موجودة في منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف. ومع ذلك ، تمامًا مثل صور RGB التي تنتجها الكاميرا ، يمكن إما تحليل كل جزء من الطيف بشكل فردي أو دمجها في صورة “ملونة” كاملة تتضمن نطاقًا واسعًا من الطيف.

لماذا يعتبر مقياس الطيف مفيدًا في النظر إلى الأشياء البعيدة؟ هناك طريقتان كانتا حاسمة لهذه الدراسة. الأول هو أن الضوء المنبعث من الكون المبكر يتحول إلى الأحمر بسبب توسع الكون أثناء انتقاله إلى الأرض. لذا فإن الفوتونات النشطة ذات الأطوال الموجية مثل الأشعة فوق البنفسجية تتمدد تدريجياً حتى يتم تسجيلها بواسطة Webb كفوتونات الأشعة تحت الحمراء. إن معرفة مدى تمددها بالضبط يخبرنا عن المسافة إلى الأشياء ، ونحن بحاجة إلى معرفة الطول الموجي الحالي لتحديد ذلك. يوفر مطياف هذه المعلومات.

القدرة الرئيسية الثانية التي يوفرها جهاز قياس الطيف هي تتبع المواد المتحركة. تحتوي جميع العناصر على مجموعة من الأطوال الموجية المحددة التي ينبعث منها الضوء. ولكن إذا كانوا في حالة حركة بالنسبة إلى مراقب ، فإن هذا الطول الموجي إما أحمر – أو أزرق بسبب تأثير دوبلر ، وتغيير الطول الموجي قليلاً (هذا التأثير سيكون بالإضافة إلى الانزياح الأحمر الناجم عن المسافة). لذلك من خلال تحديد انبعاثات عنصر معين ورؤية كيفية تحولها ، يمكننا تتبع حركة تلك الذرات ، حتى على مسافات شاسعة.

مجرة نشطة في كتلة كثيفة

بالنسبة للعمل الجديد ، تم توجيه ويب إلى ما يسمى بالكوازار ، أو نواة المجرة النشطة. إنها لامعة بشكل لا يصدق بسبب كل الضوء الناتج أثناء دوران المادة حول الثقوب السوداء الهائلة الموجودة في مركز المجرات. في هذه الحالة ، تم التعرف على الكوازار ، المسمى J1652 ، على أنه أحمر جدًا في اللون ، مما يشير إلى أن ضوءه قد تغير بشدة إلى الأحمر ، وبالتالي كنا نراه كما كان في الكون المبكر.

أكد تصوير Webb أن اللون الأحمر لـ J1652 كان بسبب الانزياح الأحمر الكبير ؛ كان للانزياح الأحمر قيمة z ≈ 3 ، مما يعني أن المجرة يُنظر إليها على أنها كانت موجودة منذ أكثر من 11 مليار سنة. يُعتقد أن هذا وقت حرج في تطور المجرة ، عندما بدأت الطاقات الهائلة المنبعثة من الثقوب السوداء الهائلة في إخراج مادة تشكل النجوم من المجرة ، مما وضع حدًا لتكوين النجوم.

النتيجة الأخرى اللافتة للنظر لبيانات التحليل الطيفي هي أن ثلاثة أجسام أخرى على الأقل تم اكتشافها في نفس المنطقة في صور هابل تبين أن لها نفس الانزياح الأحمر. هذا يعني أنها مجرات إضافية على مقربة من J1652. بالنظر إلى أن المنطقة المصورة بأكملها تمتد عبر 85000 سنة ضوئية ، فهذا يمثل تركيزًا عاليًا جدًا من المجرات. (للمقارنة ، يبلغ عرض مجرة ​​درب التبانة أكثر من 100000 سنة ضوئية ، على الرغم من أنها أكبر بكثير من هذه المجرات المبكرة).

بالإضافة إلى تأكيد المسافات ، سمحت بيانات Webb للباحثين بتتبع ذرات الأكسجين المؤينة ، التي تنبعث عند طول موجي مناسب. يُظهر التحولان الأحمر والأزرق الظاهران في هذه البيانات أن الكوازار يقذف المواد باتجاه الأرض تقريبًا وفي الاتجاه المعاكس ، بما يتفق مع النفاثتين اللتين غالبًا ما تتشكلان من الثقوب السوداء. تتوافق الكمية الكبيرة من المواد المقذوفة أيضًا مع فكرة أن تكوين الكوازار يمكن أن يضع حدًا لتكوين النجوم عن طريق تفجير المواد الخام بعيدًا.

لكن يبدو أن الباحثين مهتمون أكثر بالكثافة العالية للغاية للمجرات في المنطقة العامة. استنادًا إلى كمية المادة الموجودة ، استنتج الباحثون كمية المادة المظلمة واستنتجوا أن هذه مساحة من الكون كثيفة كما تصورنا حتى الآن ، والتي يقترحون أنها نتاج اندماج مادتين مختلفتين. الهالات.

ملف arXiv. رقم مجردة: 2210.10074 (حول ملف arXiv). للنشر في مجلة Astrophysical Journal Letters.