التطلع نحو العصور الكونية المظلمة

عرض أكبر. | معالم في تاريخ الكون (وليس مقياس). كان الغاز في حالة محايدة منذ حوالي 300000 عام بعد الانفجار العظيم حتى بدأ الضوء من الجيل الأول من النجوم والمجرات في تأينه ، أي نزع الذرات في غاز إلكتروناتها. تفحص دراسة جديدة الكون في 800 مليون سنة (الصندوق الأصفر) لاستقصاء متى وكيف حدث هذا التحول. الصورة عبر NAOJ /NOAO.

ستارلايت هولغة مشتركةمن كوننا. إنها اللغة التي يجب على علماء الفلك تعلم التحدث بها إذا كانوا يريدون فهم مكانتنا في المكان والزمان. لكن ضوء النجوم لم يفعل ذلكدائماكانت سمة من سمات الكون. في علم الكونيات Big Bang ، بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم الساطع نفسه ، جاء وقت كان الكون فيه مظلمًا تمامًا. هذه الفترة ، قبل ولادة النجوم الأولى ، ويعتقد أنها استمرت عدة مئات من ملايين السنين في بلادنا13.8 مليار سنةكون. يسميها علماء الفلك العصور الكونية المظلمة. الأسبوع الماضي (11 يوليو 2017) ، مرصد الفلك البصري الوطني (NOAO) قال إن علماء الفلك اتخذوا خطوة أخرى إلى الأمام في استكشاف الكون المبكر باكتشاف 23 مجرة ​​صغيرة لتشكيل النجوم - تسمى مجرات لايمان الباعثة لألفا ، أو LAEs - وجدت عندما كان عمر الكون 800 مليون سنة فقط. يساعدهم العثور على هذه المجرات على تحديد متى انتهت العصور الكونية المظلمة ، وتشكلت النجوم والمجرات الأولى. قال NOAO:

تشير النتائج إلى أن المجرات الأولى ، التي أضاءت الكون وأينته ، تشكلت [حتى قبل 800 مليون سنة].

ما هي العصور الكونية المظلمة؟ هذا وصف جيدمن معهد كافلي لفيزياء الجسيمات وعلم الكونيات، مما يشير إلى أنه بعد بضع مئات الآلاف من السنين فقط من الانفجار العظيم ، الكون:

... بدأ دخول 'العصور المظلمة' الكونية ، وسميت بهذا الاسم لأن النجوم والمجرات المضيئة التي نراها اليوم لم تتشكل بعد. كان معظم الأمر في الكون في هذه المرحلةالمادة المظلمةمع القليل من المواد العادية المتبقية التي تتألف إلى حد كبير منالهيدروجين والهيليوم المحايد.

على مدى مئات الملايين من السنين التالية ، دخل الكون نقطة تحول حاسمة في تطوره ، عُرفت باسم عصر إعادة التأين. خلال هذه الفترة ، بدأت المادة المظلمة السائدة في الانهيار إلى هياكل تشبه الهالة من خلال جاذبيتها الخاصة. تم سحب المادة العادية أيضًا إلى هذه الهالات ، مما أدى في النهاية إلى تشكيل النجوم والمجرات الأولى ، والتي بدورها أطلقت كميات كبيرة من الضوء فوق البنفسجي. كان هذا الضوء نشطًا بدرجة كافية لتجريد الإلكترونات من المادة المحايدة المحيطة ، وهي عملية تُعرف باسم إعادة التأين الكوني.

هذا وصف جيد لماقدلقد أنهى العصور الكونية المظلمة. يحاول علماء الفلك الذين يجرون دراسات مثل هذه جمع أكبر قدر ممكن من أدلة الملاحظة. إنهم يتصورون نهاية العصور الكونية المظلمة على أنها تحدث في وقت ما في الفترة ما بين 300 مليون سنة ومليار سنة بعد الانفجار العظيم. وبالتالي ، فإنهم يريدون مراقبة المجرات في أقرب وقت ممكن من نهاية هذه الفترة ، ولكن ، كما قال NOAO في بيانه الأخير ، تظل هذه الملاحظات 'تحديًا':



الغاز بين المجرات ... يمتص بقوة وينثر الضوء فوق البنفسجي المنبعث من المجرات ، مما يجعل من الصعب اكتشافها.

عرض أكبر. | صورة ملونة زائفة لمنطقة 2 درجة مربعة من حقل مسح LAGER. تشير المربعات البيضاء الصغيرة إلى مواقع 23 LAEs المكتشفة في المسح. تُظهر الأجزاء الداخلية المفصلة (باللون الأصفر) اثنين من ألمع LAEs ؛ يبلغ قطرها 0.5 دقيقة قوسية على أحد الجانبين ، ويبلغ قطر الدوائر البيضاء 5 ثوان قوسية. الصورة عبر Zhen-Ya Zheng (SHAO) و Junxian Wang (USTC) /NOAO.

تتمثل إحدى طرق فحص هذه الفترة في بداية الكون في البحث عنالمجرات التي ينبعث منها ألفا من ليمان، أو LAEs. قال NOAO:

للتعرّف على وقت حدوث التحول ، يتخذ علماء الفلك مقاربة غير مباشرة. باستخدام التركيبة السكانية للمجرات الصغيرة المكونة للنجوم لتحديد متى يتأين الغاز بين المجرات ، يمكنهم الاستدلال على تشكل المصادر المؤينة ، المجرات الأولى.

إذا كانت المجرات تشكل النجوم التي تتوهج في ضوءخط ألفا ليمان الهيدروجين، محاطًا بغاز الهيدروجين المحايد ، تنتشر فوتونات ليمان ألفا بسهولة ، مثل المصابيح الأمامية في الضباب ، مما يحجب المجرات. عندما يتأين الغاز ، يرتفع الضباب ، ويسهل اكتشاف المجرات.

ذهب NOAO إلى وصف العمل الجديد لعلماء الفلك ، والذي أسفر عن اكتشاف 23 مرشحًاعلى السقف، أكبر عينة من هذه المجرات تم اكتشافها حتى الآن في تلك الحقبة من الكون. هذه المجرات الصغيرة المكونة للنجوم:

... كانت موجودة بعد 800 مليون سنة من الانفجار العظيم.

وجدت الدراسة أيضًا أن LAEs كانت أقل شيوعًا بأربع مرات في 800 مليون سنة مما كانت عليه في وقت قصير ، في مليار سنة. قال NOAO:

تشير النتائج إلى أن عملية تأين الكون بدأت في وقت مبكر وكانت لا تزال غير مكتملة حتى 800 مليون سنة ، حيث كان الغاز بين المجرات حوالي نصفه متعادل ونصفه متأين في تلك الحقبة.

سانجيتا مالهوترامن مركز جودارد لرحلات الفضاء وجامعة ولاية أريزونا ، أحد المشاركين في الاستطلاع ، قال إن الدراسة تظهر أن:

... كان الضباب يزول بالفعل عندما كان الكون 5٪ من عمره الحالي.

كان مالهوترا جزءًا من فريق دولي من علماء الفلك من الصين والولايات المتحدة وتشيلي ، الذين أجروا هذه الدراسة. استخدمواكاميرا الطاقة المظلمةعلى تلسكوب بلانكو بطول 4 أمتار في مرصد سيرو تولولو للبلدان الأمريكية في تشيلي لإجراء الدراسة -مجرات ليمان ألفا في عصر إعادة التأين(LAGER) - نُشرت فيمراجعة الأقران رسائل مجلة الفيزياء الفلكية.

كاميرا الطاقة المظلمة (DECam) ، تعمل ليلاً أثناء مراقبتها. صورة عبرمسح الطاقة المظلمة.

خلاصة القول: اكتشف علماء الفلك 23 مجرة ​​صغيرة لتكوين النجوم - تسمى مجرات ليمان الباعثة لألفا ، أو LAEs - في وقت كان عمر الكون فيه 800 مليون سنة فقط. يساعدهم العثور على هذه المجرات على تحديد متى انتهت العصور الكونية المظلمة ، وتشكلت النجوم والمجرات الأولى.

عبر NOAO