في سعيهم لتعلم كيفية ظهور كوننا ، قام العلماء بدراسة عميقة جدًا في الفضاء (وبالتالي ، في وقت بعيد جدًا). في نهاية المطاف ، هدفهم هو تحديد متى تكونت المجرات الأولى في كوننا وتأثيرها على التطور الكوني. وقد تم بحث الجهود الأخيرة لتحديد موقع هذه التكوينات المبكرة لمسافات تصل إلى 13 مليار سنة ضوئية من الأرض - أي حوالي مليار سنة بعد الانفجار الكبير.
من هذا ، أصبح العلماء قادرين الآن على دراسة كيفية تأثير المجرات المبكرة على المادة المحيطة بهم - على وجه الخصوص ، إعادة تأين الذرات المحايدة. لسوء الحظ ، فإن معظم المجرات المبكرة باهتة للغاية ، مما يجعل دراسة تصميماتها الداخلية صعبة. ولكن بفضل المسح الأخير الذي أجراه فريق دولي من علماء الفلك ، تم رصد مجرة أكبر وأكثر سطوعًا والتي يمكن أن توفر نظرة واضحة على الكيفية التي أدت بها المجرات المبكرة إلى إعادة التأين.
الدراسة التي تفصل نتائجهم ، بعنوان "خصائص ISM لمجرة ضخمة مكونة من نجمة مغبرة تم اكتشافها في ض ~ 7 "، نُشر مؤخرًا في رسائل مجلة الفيزياء الفلكية.اعتمد الفريق ، بقيادة باحثين من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي في بون بألمانيا ، على بيانات من مسح تلسكوب القطب الجنوبي (SPT) -SZ و ALMA لرصد مجرة كانت موجودة منذ 13 مليار سنة (بعد 800 مليون سنة فقط) الانفجار الكبير).
وفقًا لنموذج Big Bang في علم الكونيات ، يشير التأين إلى العملية التي حدثت بعد الفترة المعروفة باسم "العصور المظلمة". حدث هذا بين 380،000 و 150 مليون سنة بعد الانفجار الكبير ، حيث كانت معظم الفوتونات في الكون تتفاعل مع الإلكترونات والبروتونات. ونتيجة لذلك ، لا يمكن اكتشاف إشعاع هذه الفترة بأدواتنا الحالية - ومن هنا جاء الاسم.
قبل هذه الفترة مباشرة ، حدث "إعادة التركيب" ، حيث بدأ تكوين ذرات الهيدروجين والهيليوم. في البداية تأين (مع عدم وجود إلكترونات مرتبطة بنوى) هذه الجزيئات تلتقط تدريجيا أيونات مع تبريد الكون ، لتصبح محايدة. خلال الفترة التي أعقبت ذلك - أي بين 150 مليون إلى مليار سنة بعد الانفجار العظيم - بدأ الهيكل الواسع للكون في التكوين.
كانت عملية إعادة التأين جوهرية في ذلك ، حيث تشكلت النجوم الأولى والنجوم الزائفة وإعادة إشعاعها إلى الكون المحيط. لذلك من الواضح لماذا يريد علماء الفلك استكشاف هذا العصر من الكون. من خلال مراقبة النجوم والمجرات الأولى ، وما هو تأثيرها على الكون ، سيحصل الفلكيون على صورة أوضح عن الكيفية التي أدت بها هذه الفترة المبكرة إلى الكون كما نعرفه اليوم.
لحسن حظ فريق البحث ، من المعروف أن المجرات الضخمة التي تشكل النجوم في هذه الفترة تحتوي على قدر كبير من الغبار. على الرغم من أن هذه المجرات خافتة جدًا في النطاق البصري ، إلا أنها تصدر إشعاعًا قويًا عند أطوال موجية دون المليمتر ، مما يجعلها قابلة للكشف باستخدام التلسكوبات المتقدمة اليوم - بما في ذلك تلسكوب القطب الجنوبي (SPT) ، وتجربة أتاكاما باثفايندر (APEX) ، و Atacama Large Millimeter Array (ALMA) ).
من أجل دراستهم ، اعتمد ستراندت وويس على بيانات من SPT للكشف عن سلسلة من المجرات المغبرة من الكون المبكر. كما أخبرت ماريا ستراندت وأكسل فايس من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي (والمؤلفة الرئيسية والمؤلفين المشاركين في الدراسة ، على التوالي) مجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني:
لقد استخدمنا ضوءًا يبلغ طوله الموجي حوالي 1 مم ، والذي يمكن ملاحظته بواسطة التلسكوبات مم مثل SPT أو APEX أو ALMA. عند هذا الطول الموجي يتم إنتاج الفوتونات عن طريق الإشعاع الحراري للغبار. إن جمال استخدام هذا الطول الموجي الطويل هو أنه بالنسبة لنطاق الانزياح الأحمر الكبير (وقت النظر إلى الوراء) ، يتم تعويض تعتيم المجرات [الناجم] عن زيادة المسافة عن طريق الانزياح الأحمر - وبالتالي فإن الكثافة المرصودة مستقلة عن الانزياح الأحمر. هذا لأنه ، بالنسبة للمجرات ذات الانزياح الأحمر الأعلى ، ينظر المرء إلى أطوال موجية أقصر جوهريًا (بمقدار (1 + z)) حيث يكون الإشعاع أقوى للطيف الحراري مثل طيف الغبار. "
وأعقب ذلك بيانات من ALMA ، والتي استخدمها الفريق لتحديد مسافة المجرات من خلال النظر في الطول الموجي ذي الانزياح الأحمر لجزيئات أول أكسيد الكربون في وسطها بين النجوم (ISM). من جميع البيانات التي جمعوها ، تمكنوا من تقييد خصائص إحدى هذه المجرات - SPT0311-58 - من خلال مراقبة خطوطها الطيفية. من خلال ذلك ، قرروا أن هذه المجرة كانت موجودة بعد 760 مليون سنة فقط من الانفجار الكبير.
وقالوا: "بما أن قوة الإشارة عند 1 مم مستقلة عن الانزياح الأحمر (انظر إلى الوراء) ، فليس لدينا دليل مسبق إذا كان الجسم قريبًا نسبيًا (بالمعنى الكوني) أو في عصر إعادة التأيين". ولهذا السبب أجرينا مسحًا كبيرًا لتحديد الانزياحات الحمراء عبر انبعاث الخطوط الجزيئية باستخدام ALMA. وتبين أن SPT0311-58 هو أعلى جسم انزياح أحمر تم اكتشافه في هذا المسح وفي الواقع أبعد مجرة ضخمة مكونة من نجوم مغبرة تم اكتشافها حتى الآن ".
من ملاحظاتهم ، قرروا أيضًا أن SPT0311-58 لديها كتلة حوالي 330 مليار كتلة شمسية ، أي حوالي 66 ضعف كتلة مجرة درب التبانة (التي تحتوي على حوالي 5 مليار كتلة شمسية). وقدروا أيضًا أنها تشكل نجومًا جديدة بمعدل عدة آلاف في السنة ، وهو ما قد يكون عليه الحال بالنسبة للمجرات المجاورة التي يرجع تاريخها إلى هذه الفترة.
هذا الكائن النادر والبعيد هو أحد أفضل المرشحين حتى الآن لدراسة شكل الكون المبكر وكيف تطور منذ ذلك الحين. وهذا بدوره سيسمح لعلماء الفلك وعلماء الكونيات باختبار الأساس النظري لنظرية الانفجار العظيم. كما أخبر ستراندت وويس مجلة الفضاء عن اكتشافهما:
"هذه الأشياء مهمة لفهم تطور المجرات ككل لأن الكميات الكبيرة من الغبار الموجودة بالفعل في هذا المصدر ، بعد 760 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم ، تعني أنها جسم ضخم للغاية. إن مجرد وجود مثل هذه المجرات الضخمة موجود بالفعل عندما كان الكون لا يزال صغيرًا جدًا يضع قيودًا شديدة على فهمنا لتراكم كتلة المجرة. علاوة على ذلك ، يجب أن يتشكل الغبار في وقت قصير جدًا ، مما يعطي رؤى إضافية حول إنتاج الغبار من أول مجموعة نجمي. "
لقد أدت القدرة على التعمق في الفضاء ، وبعد فترة طويلة من الزمن ، إلى العديد من الاكتشافات المدهشة في الآونة الأخيرة. وقد تحدت هذه بدورها بعض افتراضاتنا حول ما حدث في الكون ومتى. وفي النهاية ، يساعدون العلماء على إنشاء سرد أكثر تفصيلاً وكاملة للتطور الكوني. في يوم من الأيام ، قد نكون قادرين على استكشاف اللحظات الأولى في الكون ومشاهدة الإبداع في العمل!
