صورة: جيمس ويب يحل اللغز الكوني.. سر الضوء الساطع في مجرات ولادة الكون

02:47 م

الأربعاء 04 أكتوبر 2023

توصل علماء الفيزياء الفلكية إلى تفسير محتمل لاكتشاف تلسكوب جيمس ويب الفضائي سربا من المجرات المبكرة الغامضة التي تهدد بكسر علم الكونيات.

كانت المجرات، التي اكتشفها تلسكوب جيمس ويب (JWST) تتشكل في وقت مبكر بعد 500 مليون سنة من الانفجار الكبير، وكانت شديدة السطوع لدرجة أنها لا ينبغي أن تكون موجودة من الناحية النظرية: إذ يجب أن يأتي هذا السطوع من المجرات الضخمة التي تحتوي على عدد كبير من النجوم. وهو ما لا يتوفر في هذه المجرات المبكرة.

ويهدد هذا الاكتشاف بتقويض فهم الفيزيائيين لتكوين المجرات وحتى النموذج القياسي لعلم الكونيات. والآن، يشير فريق من الباحثين الذين يستخدمون عمليات المحاكاة الحاسوبية العملاقة إلى أن المجرات قد لا تكون ضخمة، بل يمكن أن تكون مشرقة بشكل غير عادي.

نشر الباحثون النتائج التي توصلوا إليها في مجلة Astrophysical Journal Letters.

عادةً ما تكون المجرة ساطعة لأنها كبيرة. ولكن لأن هذه المجرات تشكلت عند الفجر الكوني، بعد فترة وجيزة منذ الانفجار الكبير. فكيف يصدر عنها هذا الضوء الساطع؟”.

يقول كلود أندريه فوشير جيجير، كبير مؤلفي الدراسة، وعالم الفيزياء الفلكية في جامعة نورث وسترن، في بيان: “تظهر عمليات المحاكاة لدينا أن المجرات ليس لديها مشكلة في تشكيل هذا السطوع مع الفجر الكوني.”

لا يعرف العلماء بالضبط متى بدأت الكتل النجمية الأولى في الاندماج في بدايات المجرات التي نراها اليوم، لكن علماء الكونيات قدروا سابقًا أن العملية بدأت تتشكل ببطء خلال بضع مئات الملايين من السنين الأولى بعد الانفجار الكبير.

تشير النظريات المقبولة حاليًا إلى أن هذه المجرات الأولية المبكرة وصلت إلى مرحلة المراهقة بعد 1 إلى 2 مليار سنة من عمر الكون، وتشكلت في مجرات قزمة بدأت في التهام بعضها البعض لتنمو لتصبح مجرات مثل مجرتنا.

وهذا ما جعل اكتشاف تلسكوب جيمس ويب الفضائي للآلاف من المجرات المبكرة الساطعة بشكل غير عادي، وبعضها يشبه مجرتنا، مفاجأة محيرة لعلماء الفلك. لقد كان اكتشافًا جعل فهمهم الأساسي لكيفية تطور الكون موضع شك شديد. إذا كانت هذه المجرات مثل مجرتنا، لكي تتوهج بشدة، فإنها تحتاج إلى أن تتضخم إلى أحجام هائلة في جزء صغير من الوقت المعتاد.

وللتحقق مما يمكن أن يمنح هذه المجرات بريقها الغريب، أنشأ الباحثون نموذجًا لتكوين المجرات وقاموا بتشغيله من خلال كمبيوتر فائق السرعة – يحاكي الغاز الدوامي والمتخثر في الكون المبكر عندما تحول إلى نجوم، والتي تشكلت بدورها إلى مجرات.

ومن خلال الحساب الدقيق للكتلة والطاقة والزخم والتركيب الكيميائي للكون الشاب، وجد الباحثون أن النجوم في هذا الوقت المبكر يمكن أن تكون قد تشكلت في انفجارات مفاجئة وسريعة بعد سنوات من السكون. وتختلف هذه العملية، المعروفة باسم “تكوين النجوم المتفجرة”، عن المعدل الثابت لولادة النجوم في الكون اليوم، ويمكن أن تفسر سبب سطوع الكون المبكر.

في بداية الكون، ولدت النجوم عن طريق امتصاص الغاز تجاهها قبل دفعه للخارج مرة أخرى عند وفاتها في انفجارات نجمية تعرف باسم المستعرات الأعظم.

ومكنت نبضات قلب الغاز التي تنبض للداخل ثم للخارج، النجوم من التشكل في انفجارات سريعة ومشرقة بعد ملايين السنين من السكون. لاحقًا، مع تقدم عمر الكون وتزايد حجم المجرات، أصبحت جاذبيتها أقوى من أن تتمكن المستعرات الأعظم من قذف الغاز، ما أجبر النجوم على التشكل بوتيرة أكثر هدوءًا.

إذا كانت فرضية تشكل النجوم المتفجرة صحيحة، فإن المجرات التي اكتشفها تلسكوب جيمس ويب الفضائي أكثر سطوعًا لأننا نرى نجومها تتشكل في هذه الانفجارات المفاجئة، وليس لأنها تحتوي على عدد كبير من النجوم مثل تلك الموجودة في يومنا هذا.