دوران المجرة القديمة يشير إلى أن النجوم الأولى للكون قد اندمجت بسرعة في أقراص

اكتشف علماء الفلك دوران Rotation مجرة يعود تاريخها إلى 550 مليون سنة فقط بعد الانفجار الكبير Big bang، عندما كان عمر الكون 4% من عمره الحالي. ويشير الدوران إلى أن هذه المجرة الصغيرة لم تكن كتلة غير محددة الشكل، بل كانت قرصًا منتظمًا، تمامًا مثل مجرة درب التبانة Milky Way والمجرات المماثلة التي كان لديها أكثر من 13 بليون سنة لتنضج. وهذا دليل آخر على أن المجرات تنمو وتتطور بأسرع مما توقعه الباحثون النظريون.

وتقول سارة بوسمان Sarah Bosman، من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك Max Planck Institute for Astronomy، التي لم تشارك في البحث، إن اندماج النجوم في قرص مبكرًا جدًا لا يتعارض مع النظريات الموجودة، ولكنه يوسع مجالها. وتضيف قائلة: “هذا ممكن فقط في وقت مبكر”.

وكانت النجوم في هذه المجرة غير المسبوقة أيضًا ناضجة، مما يشير إلى أنها تشكلت قبل 300 مليون سنة، عندما كان عمر الكون 250 مليون سنة فقط. فهذه أخبار جيدة لتلسكوب جيمس ويب الفضائي James Webb Space Telescope (اختصارا: التلسكوب Webb)- الذي أُطلق في عام 2021 ومن المتوقع أن يبدأ عملياته العلمية خلال يوليو 2022. إذا أنتجت هذه المجرات الأولى الكثير من النجوم في انفجار مبكرًا، فمن المحتمل أن تكون “مضيئة بما يكفي ليراها التلسكوب Webb”، كما يقول ريتشارد إليس Richard Ellis، عالم الفلك في  جامعة يونيفرسيتي كوليدة لندن University College London والمؤلف المشارك للدراسة الجديدة. ويأمل علماء الفلك بأن تكشف الأداة -التي كلّفت 10 بلايين دولار- عن ثروة من المجرات المبكرة، بدلاً من مجرد أكبر وألمع المجرات الحدودية، حتى يتمكنوا من فهم كيفية تشكل هذه التكتلات المبكرة وتطورها.

والمجرة MACS1149-JD1 (اختصارًا: المجرة JD1)، ليست أبعد مجرة معروفة، لكنها حالياً أبعد مجرة ذات ديناميكية معروفة. وفي عام 2018 اكتشف الفريق، وكان من ضمنهم إليس، المجرة JD1 على أنها لطخة غير واضحة من رصد كل من المصفوفة أتاكاما المليمترية/تحت المليمترية الكبيرة Atacama Large Millimeter/submillimeter Array  (اختصارا: المصفوفة ALMA)، وهي مجموعة مكونة من 66 تلسكوبًا لاسلكيًا في أعالي جبال الأنديز التشيلية، والتلسكوب الكبير جدًا Very Large Telescope (اختصارا: التلسكوب VLT) التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي European Southern Observatory، أيضًا في شيلي. وقد عرف إليس وزملاؤه من لون اللطخة أن بعض نجوم المجرة على الأقل كانت ناضجة؛ لأنها تميل إلى الاحمرار مع تقدم العمر. ولكن الفريق لم يعرف الكيفية التي تنظمت بها النجوم.

لذا، فقد قرروا الرصد الحثيث باستخدام المصفوفة ALMA. إذ تتمتع مصفوفات التلسكوبات هذه بالقدرة على “التكبير” Zoom in وذلك بفصل الأقراص عن بعضها البعض والجمع بين إشاراتها في عملية قياس التداخل Interferometry. وبذلك رصد الفريق المجرة JD1 عندما وزعوا الأقراص على مساحة 2.5 كيلومتر، مما طرح طيفاً حاداً لقرص واحد بهذا الحجم.

وعندما ينظر علماء الفلك إلى مثل هذه الأجرام البعيدة، فإن ضوءها يكون مُزاحا نحو النهاية الحمراء من الطيف لأن الفوتونات تتمدد بسبب تمدد الكون أثناء انتقالها. ودرجة هذا “الانزياح الأحمر” Redshift تخبر علماء الفلك بمدى بعد الجرم. وباستخدام الصورة الجديدة عالية الدقة للمجرة JD1، يمكن للباحثين أيضًا رؤية اختلافات طفيفة في الانزياح الأحمر عبر واجهة المجرة، وهو نوع الاختلافات التي تتوقعها من جرم دوار حيث يتحرك جزء منه باتجاه الراصد والآخر بعيدًا. وفي 30 يونيو 2022 أفاد الفريق في دورية رسائل الفيزياء الفلكية Astrophysical Journal Letters، أنّ هناك فرق في السرعة بمقدار 120 كيلومترًا في الثانية بين جانبي المجرة. ويقول إليس: “أثارت خريطة السرعة حماسنا”.

وعندما وضع الباحثون توزيع السرعة في نمذجة للمجرة تناسب ذلك جيداً مع مجرة قرصية كتلتها بين بليون وبليوني كتلة شمسية. وهذا التوزيع ضئيل مقارنة بمجرة درب التبانة التي تحتوي على تريليون كتلة شمسية، ومن ثم فإن المجرة JD1 تدور أبطأ من مجرتنا، بنحو ربع سرعة مجرتنا. وتقول بوسمان إن العثور على مجرة دوارة في زمن مبكر جدًا من تاريخ الكون أمر “مفاجئ”، لكن البيانات “متسقة تمامًا مع مجرة تكون قرصية الشكل”.

لن يضطر علماء الفلك إلى الانتظار طويلاً لمعرفة ما إذا كانت المجرة JD1 فريدة من نوعها أو ما إذا كانت المجرات القرصية شائعة في الفترة التي كان الكون فيها شاباً. وخلال الأسابيع الأولى من شهر يوليو 2022، من المتوقع أن يجد التلسكوب Webb عددًا أكبر من المجرات في أول نصف بليون سنة من عمر الكون. وتقول بوسمان: “سننتقل من الأعداد المكونة من رقم واحد إلى المئات… على الأقل آمل ذلك!”.

مصادر:

doi: 10.1126/science.add7449

بقلم:     دانييل كليري

ترجمة: مي بورسلي

©2022, American Association for the Advancement of Science. All rights reserved