اكتشف علماء الفلك الأكسجين في المجرة المعروفة القديمة

العلماء الذين يستخدمون اثنين من التلسكوبات الهائلة – أحدهما على الأرض والآخر في فضاء -اكتشفوا الأكسجين في المجرة المعروفة القديمة ، وهو مصباح مبدّر النجوم بعد 300 مليون عام فقط بعد الانفجار العظيم.

المجرة ، اكتشفت مع ناسا‘s تلسكوب جيمس ويب للفضاء في عام 2024 ، يسمى Jades-GS-Z14-0. في الملاحظات الجديدة التي تنطوي على صفيف atacama ملليمتر/sublilemeter كبير في تشيلي ، أو ألما، لم يقيس مجموعتان منفصلتان من الباحثين مسافة غير عادية بدقة فحسب ، بل كانت إشارات مؤكدة إلى وجود الأكسجين.

لقد هز هذا النتيجة ، إلى جانب الأدلة المتصاعدة الأخرى ، مجتمع الأبحاث ، وتحدي التفكير المسبق بأن المجرات منذ فترة طويلة – عندما كان الكون هو 2 في المائة فقط من عمر 13.8 مليار سنة – لم يكن له العديد من العناصر أثقل من الهيدروجين والهيليوم. قبل Webb ، اقترحت التلسكوبات الأخرى مثل تلسكوب هابل الفضائي ومحاكاة الكمبيوتر الأكسجين والكربون والنيتروجين لربما من 200 إلى 400 مليون عام.

الدراسات الجديدة ، المنشورة في علم الفلك والفيزياء الفلكية و المجلة الفيزيائية الفلكيةو اقترح أن المجرة البعيدة لديها حوالي 10 أضعاف عناصر ثقيلة أكثر مما كان متوقعًا ، مما يجبر العلماء على إعادة التفكير في كيفية تكوين المجرات المبكرة وتطورت بسرعة كبيرة.

وقال ستيفانو كارنياني ، الباحث في Scuola Normale Superiore في إيطاليا: “قبل ظهور JWST ، لاحظنا في المقام الأول” مجرات “قريبة” ، والتي وفرت لقطة من الكون المتطور “. “لقد استند فهمنا للكون المبكر إلى هذه الملاحظات ، ونحن [had] افترض أن هذا السيناريو ظل دون تغيير عبر الوقت الكوني. “

وقال كارنياني إن الفرق الذي يرى العلماء بين كيف تنضج المجرات الآن في ذلك الوقت هو أن الغاز – وقود تكوين النجوم – يتدفق بشكل مستمر وسلس في المجرات المعاصرة ، مما يؤدي إلى أن تنمو هذه الأحياء النجمية بشكل مطرد على مدار فترات طويلة من الزمن. لكن ملاحظات المجرات القديمة مثل Jades-GS-Z14-0 تشير إلى أن تدفقات الغاز كانت أكثر فوضوية. يبدو أن هذه المجرات قد تراكمت في بعض الأحيان الخزانات الشاسعة من الغاز.

وقال كارنياني: “حتى لو تم تحويل جزء صغير فقط إلى نجوم ، فإن نموهم السريع وتطورهم كان لا مفر منه”.

اعتادت النظرية الرائدة أن تكون النجوم الأولى – النجوم المسمى “النجوم الثالثة” المربكة – تشكلت في الكون المبكر ، معظمها قبل أن تكون العناصر أثقل من وجود الهيليوم. ويعتقد أن تلك النجوم الأصلية كانت ضخمة للغاية ، مضيئة ، وساخنة. في النهاية ، كانوا سيموون في عنف supernovas، تفجير أنواع جديدة من المواد الكيميائية.

العناصر الأثقل مزورة في نوى النجوم، فقط لتنتشر عبر الفضاء بين النجوم بعد أن تنفجر النجوم. من شأن تلك الانفجارات البذور الكون مع العناصر الأكثر ثقلًا ، لكن علماء الفلك يعتقدون أن الأمر سيستغرق عدة أجيال من النجوم قبل أن تتوسل المجرات مع ما يكفي من الأكسجين وغيرها من العناصر التي يمكن اكتشافها.

ولكن هناك شيء آخر يجب مراعاته هو أن النجوم الضخمة جدًا لا تعيشون طويلاً – على الأكثر ، بضع ملايين من السنين ، على الأكثر ، أخبر ساندر شوجو ، الباحث في مرصد ليدن في هولندا ومؤلفًا رئيسيًا على آخر من الأوراق ، Mashable. قد يفسر ذلك مدى ثقل العناصر التي يمكن أن تغمرها المجرة بسرعة في ذلك الوقت.

كشفت Webb حتى الآن أنه في الواقع ، كانت العديد من المجرات المشرقة موجودة في Cosmic Dawn ، على بعد فترة تتراوح بين 100 مليون سنة إلى 1 مليار سنة بعد الانفجار الكبير. لقد افترض بعض العلماء أن المجرات في هذه الحقبة شكلت نجومًا أكثر كفاءة ، تاركة وراءها القليل من الغاز والغبار الإضافي. إذا كان هناك الكثير من الغاز ، فسيؤدي ذلك إلى تخفيف تلك العناصر الأثقل بشكل أساسي ، مما يجعلها من الصعب اكتشافها.

يقترح آخرون أن ضوء النجوم القوي أجبر الغاز والغبار ، مما يجعل المجرات تبدو أكثر إشراقًا لأن أقل موادًا كانت متاحة لإخفاءها. ومع ذلك ، تقترح بعض النظريات ذلك الثقوب السوداء الفائقة تشغيل طائرات هائلة يمكن أن يفسر سطوع المجرات، على الرغم من أن دراسات Jades-GS-Z14-0 لم تجد دليلًا على واحدة.

أظهرت صور المجرة القديمة سطوعها أن تنتشر عبر 1600 السنوات الضوئية، مما يشير إلى أن معظم ضوءها يأتي من النجوم الشباب وليس تركيز انبعاثات الثقب الأسود في مركزها. إذا كانت التقديرات صحيحة ، فإن المجرة عدة مئات من الملايين من المرات كتلة شمس.

تلسكوب جيمس ويب للفضاء ، جنبا إلى جنب مع صفيف atacama ملليمتر/sublilemeter الكبير (ALMA) في تشيلي ، يدرجون في المجرة القديمة المعروفة في الكون.
الائتمان: توضيح NASA-GSFC / Adriana M. Gutierrez (CI Lab)

يشير Schouws إلى عامل آخر يمكن أن يعقد تفسير علماء الفلك لما يجري في هذه المجرة القديمة: ظاهرة تسمى تشكيل نجمة الانفجار يمكن أن تجعل الأمر يبدو كما لو أنه يتكون أسرع بكثير مما هو عليه بالفعل.

في تشكيل نجمة الانفجار، تصبح المجرات مشرقة بشكل متقطع. قد يجعل ذلك يبدو في لقطة واحدة كما لو أن المجرة تنمو بشكل أسرع بكثير مما لو كان العلماء في متوسط ​​هذا السطوع على مدى فترة زمنية أطول. بدلاً من صنع النجوم في مقطع ثابت مثل Milky Way ، على سبيل المثال ، فإن هذه المجرات تنفجر من النجوم بشكل غير متسق ، مع انتشار في وقت واحد ، تليها فترات راكدة تمتد أحيانًا ملايين السنين.

التفكير هو أن انفجارًا من النجوم ، كلهم ​​في نفس الجيل ، يتشكل ثم يموت فيه supernovas بعد بضعة ملايين عام في نفس الوقت تقريبًا. يمكن بعد ذلك إعادة تدوير الغاز لتشكيل نجوم جديدة ، ولكن العملية غير منتظمة في أحسن الأحوال.

وقال شوس: “هذا تأثير نحتاج إلى حسابه ، لكن هذا قد يكون صعبًا”.