لماذا تبدو هذه المجرة أقدم من سنواتها؟

مركز غامض أرجواني مع غاز هالة أزرق محيط على خلفية سوداء.

يقع Galaxy ALESS 073.1 على بعد 12 مليار سنة ضوئية وتشكل عندما كان الكون 10٪ فقط من عمره الحالي ، ليس به انتفاخ كبير فحسب ، بل قرص دوار أيضًا ، مما يتعارض مع الفهم الشائع لتشكيل المجرات. هذه الصورة ، لوحظت معتلسكوب ألما، مفصلة بشكل لا يصدق لمثل هذه المسافة. الصورة عبر Federico Lelli et al./UBC.

اكتشف علماء الفلك مجرة ​​من الكون المبكر مفاجأة بشكل كبير والتي تبدو أكثر نضجًا مما ينبغي أن تكون عليه بالنسبة لعمرها. أنهمأعلنهذه النتيجة في 11 فبراير 2021 ، مشيرة إلى أن المجرة ALESS 073.1 تقع حوالي 12 مليارسنوات ضوئيةبعيدا. هذا يعني أننا نرى هذه المجرة كما كانت عندما كان عمر الكون 1.2 مليار سنة فقط ، أو 10٪ من عمره الحالي. في مثل هذا الوقت ، وفقًا لنظريات الفلكيين ، سيتم النظر في هذه المجرةصغيرة. يجب أن تكون النسبية غير مشوهة. لكن ALESS 073.1 يحتوي بالفعل على جزء داخلي كبيرانتفاخ، بالتناوبالقرصوالإمكاناتأذرع لولبية. كيف حصلت على هذه السمات - كل علامات النضج النسبي - في مثل هذه السن المبكرة؟

كانت دراسة هذه المجرةنشرتهذا الشهر فيمراجعة الأقرانمجلةعلم.

الملاحظات باستخدامتلسكوب ألماأظهر أن ALESS 073.1 يحتوي بالفعل على جميع الميزات التي نتوقعها من مجرة ​​ناضجة ، والتي تتحدى فهمنا الحالي لكيفية تشكل المجرات. هذا يجعل علماء الفلك يتساءلون كيف نما بسرعة كبيرة ، مقارنة بما نتوقعه بالقرب من بداية الكون. لاحظ أنه من المريح إلى حد ما ، أنه كلما نظرت بعيدًا ، كلما نظرت إلى الخلف في الوقت المناسب (مثل آلة الزمن). لذا فإن المجرة التي تم رصدها على تلك المسافة تظهر لنا تلقائيًا كيف كانت تبدو هكذا منذ وقت طويل ، وليس كيف ستبدو الآن.

قال المؤلف الرئيسي للورقة ، الدكتور فيديريكو ليلي ، الذي أجرى البحث أثناء وجوده في كلية الفيزياء والفلك بجامعة كارديف (وهو الآن في مرصد Arcetri للفيزياء الفلكية في فلورنسا):

اكتشفنا أن انتفاخًا هائلاً ، وقرصًا دوارًا منتظمًا ، وربما أذرعًا لولبية كانت موجودة بالفعل في هذه المجرة عندما كان عمر الكون 10٪ فقط من عمره الحالي ، وبعبارة أخرى ، تبدو هذه المجرة كشخص بالغ ، لكن يجب أن يكون كن مجرد طفل صغير. إنه يتحدى فهمنا لتشكيل المجرات.

رجل ملتح يرتدي نظارات ويحمل كرة سماوية أمام جدارية مجرة ​​المرأة المسلسلة.

فيديريكو ليلي هو المؤلف الرئيسي للورقة البحثية التي وجدت أن مجرة ​​الكون المبكرة أكثر تطورًا مما كان متوقعًا. صورة عبرlellifederico.com.



يُعتقد أن المجرات في بدايات الكون تمر بتشكيل نجمي هائل ولها أشياء مضطربة تحدث فيها. هذا من شأنه أن يجعلهم يبدون فوضويين ، دون أي بنية معينة ، وخاصةً ليس أي أذرع لولبية جيدة التنظيم. بعد ذلك ، مع مرور الوقت ، على مدى مليارات السنين ، ستهدأ الأشياء ولن تكون المجرات عنيفة بشكل ديناميكي بعد الآن ولكنها تتحول إلى كيانات أكثر استقرارًا مع الأشكال والتراكيب التي يمكن التعرف عليها التي نراها في المجرات اليوم.

يحتوي انتفاخ المجرة الداخلي (الذي يشبه صفار البيض المقلي) بشكل أساسي على نجوم قديمة ولا يوجد به الكثير من تشكل النجوم الجديدة. حتى الآن ، كنا نعتقد أن الانتفاخات تتشكل ببطء ، حيث تأتي المجرات الأصغر من مجرة ​​أكبر وتندمج معها ، وعبر العمليات الداخلية في المجرة نفسها مع مرور الوقت وكبر النجوم. (لا تحتوي الكثير من المجرات الأقدم على أقراص ولكنها تطورت إلى ملفاتالمجرات البيضاوية، تتكون أساسًا من انتفاخ وحده.)

تظهر المجرة الحلزونية كضوء مركزي ساطع وأذرع لولبية تحيط بها ، مع مجرة ​​مصاحبة غير منتظمة (ضوء ساطع) على الجانب الأيسر.

المجرة الحلزونية M51 ، مثال لمجرة قرصية ذات انتفاخ مركزي وأذرع لولبية مركّبة على القرص المحيط بها. الصورة عبر K. Rhode / M. Young / NOAO /NOIRlab.

بمعنى آخر ، وفقًا لفهمنا ، لا ينبغي أن تحتوي المجرة الفتية على انتفاخ كبير وقرص منتظم حتى الآن لفترة طويلة. لكن ALESS 073.1 لديه كلاهما ، حيث يوجد حوالي نصف نجومه داخل انتفاخ وربما حتى أذرع لولبية متراكبة على قرصه غير المتوقع.

هذا يعني أن عملية تكوين المجرات قد تكون أسرع بكثير مما كان يُعتقد سابقًا وأن الانتفاخ الضخم يمكن أن يتشكل أسرع بكثير مما كان يُعتقد.

الآن ، كيف يمكننا أن نرى أن ALESS 073.1 به قرص ، قد تسأل ، فقط من خلال النظر إلى الصور في هذه المقالة؟

نقطة حمراء على جانب وأزرق من جهة أخرى على خلفية سوداء.

ما يسمى بـ 'الخريطة الدورانية' لـ ALESS 073.1. تشير الألوان إلى كيفية تحرك غاز المجرة. تظهر المنطقة الحمراءانزياح أحمرالغاز ، أي الغاز الذي يبتعد عنا ، والمنطقة الزرقاء عبارة عن غاز يتحرك نحونا ، مما يعني أن المجرة تدور. الصورة عبر Federico Lelli et al./UBC.

عندما نفكر في الصور التي تعود حقًا إلى الوراء في المكان والزمان ، غالبًا ما نفكر في صور مثل حقول هابل العميقة التي لوحظت في الضوء البصري والأشعة تحت الحمراء. ولكن لوحظت هذه الصور معروح، اختصار لـ Atacama Large Millimeter / submillimeter Array ، الذي يقع في جبال الأنديز في شمال تشيلي. تبحث ALMA في منطقة الميكروويف فيالمجال الكهرومغناطيسيبين الراديو والأشعة تحت الحمراء ، أي بأطوال موجية أطول من الضوء البصري. هذا مفيد لأن أنواعًا مختلفة من التلسكوبات يمكنها اكتشاف أشياء مختلفة حول ما يلاحظونه. على سبيل المثال ، يمكنك قياس كيفية الغازالتحركاتفي المجرات مع هذا النوع من التلسكوبات. لذا قام هؤلاء الفلكيون بقياس حركة الغاز والغبار في المجرة للعثور على القرص الدوار ثم قاموا بنمذجة توزيع الكتلة داخل المجرة لقياس الانتفاخ النجمي الهائل.

إذا نظرت إلى الصورة أعلاه ، ستجد جانبًا أحمر والآخر أزرق. هذه ليست الألوان الفعلية ولكنها تمثيل لكيفية دوران المجرة: المنطقة الحمراء تظهر الغاز الذي هو مصدر انبعاثهانزياح أحمر، مما يعني أنه يتحرك بعيدًا عنا ، وتشير المنطقة الزرقاء إلى الغاز الذي ينتقل إلى اللون الأزرق (نفس ظاهرة الانزياح الأحمر ولكن في الاتجاه الآخر) ، مما يعني أنه يتحرك نحونا. مع استمرار هذه الحركة ، يمكننا أن نرى أن المجرة تدور. وعندما يكون هناك دوران ، تخبرنا الفيزياء أنه سيكون هناك أيضًا قرص.

هوائيات من نوع الصحون تحدق في السماء المليئة بالنجوم.

تم استخدام تلسكوب ALMA في جبال الأنديز الشيلية لقياس حركات الغاز في المجرة ALESS 073.1 ووجد أنها أكثر تطورًا مما يجب أن تكون عليه. يتكون هذا التلسكوب من 66 طبقًا هوائيًا يبلغ قطر غالبيتها 12 مترًا (40 قدمًا) ويتم رصدها في جزء المليمتر وما دون المليمتر منالمجال الكهرومغناطيسي. صورة عبرNRAO.

ومع ذلك ، فهذه ليست الدراسة الأولى التي تظهر أن المجرات البدائية أكثر نضجًا مما كان يُعتقد. في أكتوبر الماضي ، أطلق مشروع ALMA آخر اسمألبين، أيد هذه الفكرة. كان علماء الفلك المشاركون في تلك الدراسة يبحثون في الواقع عن شيء مختلف. طفرة مبكرة في نمو الكون في المجرات. لقد فوجئوا بنفس القدر عندما وجدوا أن ما يصل إلى 20 ٪ من 118 مجرة ​​قاموا بدراستها كانت أكثر نضجًا مما كان متوقعًا!

منطقتين من النقط الصفراء والحمراء على خلفية سوداء.

هاتان مجرتان حيث يشير اللون الأصفر إلى وجود غبار أكثر بكثير مما كان متوقعًا ، ويكشف الغاز ذو اللون الأحمر عن تكوين النجوم وحركتها. توفر هذه الملاحظات المزيد من الأدلة على أن المجرات تشكلت في وقت أقرب مما كان يعتقد سابقًا. صورة عبر فريق ALPINE /روح.

في هذه الحالة ، جاء الاستنتاج من خلال قياس وجود الكثير من الغبار والعناصر الثقيلة أكثر مما كان متوقعًا في هذه المجرات. كما ترون ، الغبار والعناصر الثقيلة (الذرات أثقل من الهيدروجين والهيليوم) لا تظهر حتى نهاية حياة النجوم ، حيث تتشكل. في ذلك العمر المبكر ، من المفترض أن الكون لم يكن لديه الوقت الكافي لبناء هذا العدد الكبير من النجوم حتى الآن ، لذلك لا ينبغي أن يكون هناك الكثير من الغبار والعناصر الثقيلة حوله! ومع ذلك ، كان هناك دليل على أن المجرات كانت أكثر نضجًا مما كنا نظن.

يشرح هذا الفيديو النتائج التي توصل إليها فريق ALPINE:

الخلاصة: لاحظ علماء الفلك المجرات في بدايات الكون ، عندما كان الكون 10٪ فقط من عمره الحالي ، والتي تطورت أكثر بكثير مما كان متوقعًا. يغير هذا فهمنا الحالي لتكوين المجرات بشكل جذري ويشير إلى أن المجرات تتطور بشكل أسرع بكثير مما كان يعتقد سابقًا.

المصدر: انتفاخ نجمي هائل في مجرة ​​تدور بانتظام بعد 1.2 مليار سنة من الانفجار العظيم

عبر جامعة كولومبيا البريطانية

يُظهر التقويم القمري لـ EarthSky مرحلة القمر كل يوم في عام 2021. اطلب تقويمك قبل ذهابهم!