مجرة أحفورية تكشف أسرار الكون القديم

رصد علماء الفلك مجرة لم تتغير منذ 7 مليارات سنة _ وهو أمر نادر الحدوث في الكون _ مما يقدم لمحة عن التاريخ الكوني ويضاف إلى مجموعة غامضة من الأجسام التي تسمى "المجرات البقايا" أو "المجرات الأحفورية".

هذه المجرات الفضائية الشاذة هي مجرات تفلت من مسارها التطوري المتوقع بعد مرحلة أولية من التكوين النجمي المكثف. وفي حين تتوسع المجرات الأخرى وتندمج مع بعضها البعض، تبقى المجرات الأحفورية غير نشطة تقريباً. ومثل الكبسولات الزمنية السماوية، توفر هذه المجرات لمحة عن الكون القديم وتسمح لعلماء الفلك بفحص آلية تشكل المجرات.

تبعد المجرة الأحفورية المكتشفة حديثاً _ المسماة KiDS J0842+0059 _ حوالي 3 مليارات سنة ضوئية عن الأرض، مما يجعلها الأبعد والأولى من نوعها التي يتم رصدها خارج الكون المحلي، وهي المنطقة الفضائية الأقرب إلى الأرض التي يبلغ نصف قطرها مليار سنة ضوئية تقريباً. وقد اكتشفه فريق من علماء الفلك بقيادة المعهد الوطني الإيطالي للفيزياء الفلكية (INAF)، باستخدام التصوير عالي الدقة من التلسكوب الكبير ثنائي العينين في أريزونا.

Loading image...

قال كريشينزو تورتورا، الباحث في المعهد الوطني الإيطالي للفيزياء الفلكية (INAF) والمؤلف الأول لدراسة حول هذا الاكتشاف نُشرت في 31 مايو في مجلة الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية: "لم تندمج المجرات الأثرية، بالصدفة فقط، مع أي مجرة أخرى، وبقيت سليمة إلى حد ما عبر الزمن". "هذه الأجسام نادرة جداً لأنه مع مرور الوقت، يزداد احتمال اندماجها مع مجرة أخرى بشكل طبيعي."

مدمجة وضخمة جداً

يعتقد علماء الفلك أن المجرات الأكثر ضخامة تتشكل على مرحلتين، وفقاً لما ذكرته كيارا سبينيلو، الباحثة في جامعة أكسفورد في المملكة المتحدة، المشاركة في الدراسة.

وقالت: "أولاً، هناك انفجار مبكر لتكوين النجوم، وهو نشاط سريع وعنيف للغاية". "ينتهي بنا الأمر بوجود شيء مضغوط وصغير للغاية، وهو سلف هذه البقايا."

وأضافت أن المرحلة الثانية هي عملية طويلة الأمد تبدأ خلالها المجرات المتقاربة بالتفاعل والاندماج والتهام بعضها البعض، مما يتسبب في تغيير جذري للغاية في أشكالها وأحجامها وتجمعات النجوم فيها. وأوضحت سبينيللو: "نحن نعرّف البقايا على أنها جسم فاتته هذه المرحلة الثانية بالكامل تقريباً، بعد أن تكونت 75% على الأقل من كتلته في المرحلة الأولى".

إن السمة المنبئة للمجرات الأحفورية هي أنها قديمة ومضغوطة وكثيفة جداً، أكثر بكثير من مجرتنا.

وقالت: "إنها تحتوي على (مليارات) النجوم الضخمة مثل الشمس وهي لا تشكل أي نجوم جديدة فهي لا تفعل شيئاً أساساً، وهي السجلات الأحفورية للكون القديم جداً". "لقد تشكلت هذه النجوم عندما كان الكون صغيراً جداً. وبعد ذلك، ولبعض الأسباب التي لا نفهمها بصراحة حتى الآن، لم تتفاعل مع بعضها البعض. لم تندمج مع أنظمة أخرى. لقد تطوروا دون عائق، وظلوا كما كانوا."

قال ميشيل كابيلاري، أستاذ الفيزياء الفلكية في جامعة أكسفورد الذي لم يشارك في الدراسة، إن المجرات الأحفورية مهمة لأنها تمثل رابطاً مباشراً لتجمع المجرات الهائل الذي كان موجوداً قبل مليارات السنين. "بصفتها 'أحافير حية'، فقد تجنبت هذه المجرات الاندماجات والنمو الفوضوي الذي شهدته معظم المجرات الضخمة الأخرى. وتسمح لنا دراستها بإعادة بناء ظروف الكون في بدايته وفهم الانفجارات الأولية لتكوين النجوم".

وأضاف أن السبب الذي جعل هذه المجرات تتوقف عن تكوين النجوم بشكل مفاجئ هو سؤال رئيسي. وقال كابيلاري: "تشير الأدلة المستقاة من كل من عمليات الرصد المحلية و(البعيدة) إلى أن التغذية المرتدة من الثقوب السوداء الهائلة قد تكون مسؤولة عن ذلك". "يمكن أن تنتج هذه الثقوب السوداء رياحاً قوية تطرد أو تسخن الغاز في المجرة، مما يمنع المزيد من تكوين النجوم. ومع ذلك، لا يزال هذا مجالاً نشطاً للبحث."

مستقبل غير مؤكد

حدد العلماء في البداية مجرة KiDS J0842+0059 في عام 2018 باستخدام تلسكوب المسح VLT (VST) في مرصد بارانال في تشيلي. وكشف ذلك الرصد أن المجرة كانت مأهولة بنجوم قديمة جداً، لكنه لم يقدم سوى تقديراً لكتلتها وحجمها، لذا كان من الضروري إجراء رصد أكثر تفصيلاً لتأكيد أنها بقايا. يمكن للتلسكوب الكبير ثنائي العينين المستخدم في هذا التأكيد أن يقدم صوراً واضحة جداً بسبب قدرته على تعويض الاضطرابات الجوية، والتي يمكن أن تجعل من الصعب على التلسكوبات الأرضية التركيز على الأجسام البعيدة.

Loading image...

تنضم المجرة الأحفورية المكتشفة حديثًا إلى مجموعة من المجرات الأخرى التي تم رصدها بنفس المستوى من التفاصيل، وأكثرها بدائية_ التي تسمى NGC 1277 _ تم تأكيدها بواسطة تلسكوب هابل الفضائي في عام 2018.

إن NGC 1277 و KiDS J0842+0059 متشابهان جداً، لكن الأخير أبعد بكثير عن الأرض. وهي تناسب تعريف المجرة الأحفورية بشكل مثالي تقريباً، وفقاً لسبينيلو.

وقالت: "هذا ما نسميه "بقايا متطرفة"، "لأن جميع نجومها تقريباً، أو 99.5% من نجومها تشكلت في وقت مبكر جداً من الزمن الكوني بشكل لا يصدق، ولم تفعل المجرة شيئاً بعد ذلك على الإطلاق."

وأضافت سبينيللو أن المجرة الأحفورية تحتوي على نجوم وكواكب، تماماً مثل مجرتنا، لكنها أكثر كثافة بكثير. وقالت: "سيكون هناك الكثير من النجوم في حجم صغير للغاية، لذا ستكون مزدحمة للغاية". "وسيكون من الأصعب بكثير العثور على أنظمة شمسية مثل نظامنا الشمسي، مع وجود العديد من الكواكب التي تدور حولها، فقط بسبب فرص وجود نجوم مصاحبة تتداخل بالقرب منها."

يبدو KiDS J0842+0059 للمراقبين كما كان يبدو قبل 3 مليارات سنة، لأن هذه هي المدة التي يستغرقها الضوء القادم من المجرة للوصول إلى الأرض. افترض سبينيللو أن البقايا ستبقى على الأرجح كما هي إلى الأبد، لكن العلماء لا يمكنهم أن يكونوا متأكدين من ذلك لأنهم لا يزالون لا يعرفون ما الذي يمنعها من التفاعل مع المجرات الأخرى.

وقال سبينيللو: "لا بد من وجود شيء ما يمنعها من الاندماج، ولكن من دون معرفة ماهيته، لا يمكننا التنبؤ بما سيحدث في المستقبل".

'واحد من الملايين'

من الصعب جداً تحديد المجرات الأحفورية وتأكيد طبيعتها، ويرجع ذلك جزئياً إلى أنها نادرة نسبياً وصغيرة مقارنة بالمجرات العادية مثل مجرة درب التبانة، وفقاً لسيباستيان كوميرون، عالم الفلك خارج المجرة في جامعة لا لاغونا ومعهد الفلك في كنارياس في إسبانيا. وقال إن تأكيد وجود مجرة بعيدة من بقايا المجرة يعود الفضل في استراتيجيات البحث المستخدمة لتحديد هذه الأجسام والأجهزة الحديثة.

وأضاف كوميرون، الذي لم يشارك في الدراسة، في رسالة بالبريد الإلكتروني: "المجرات البقايا غامضة". "إن حقيقة عدداً قليلاً من المجرات هي في الوقت الحاضر بقايا مجرات كبيرة لم تُمس في الوقت الحاضر تحتاج إلى تفسير."

لا يمكن لعلماء الفلك الجزم بمدى ندرة هذه البقايا، لكن سبينيلو يقدر أنه قد يكون هناك "واحدة من بين الملايين" بين جميع المجرات في الكون. وقال سبينيلو إن مشروع إنسباير _ الذي يهدف إلى العثور على المجرات الأحفورية وفهرستها والذي أدى إلى اكتشاف المجرة KiDS J0842+0059 _ قد حدد بالفعل عشرات المجرات المرشحة الأخرى التي هي قيد الإعداد لمزيد من التدقيق.

يمكن للأجهزة الجديدة أن تجعل هذا البحث أكثر فعالية. كل من سبينيلو وتورتورا متحمسان بشأن إقليدس، وهو تلسكوب وكالة الفضاء الأوروبية الذي سيُطلق في عام 2023 بهدف استكشاف المادة المظلمة والطاقة المظلمة والذي سيكون مفيداً أيضاً في رصد المجرات الأحفورية.

"قال سبينيلو: "سيكون إقليدس تحويلياً، لأنه بدلاً من رصد جسم واحد في كل مرة، سيغطي تكوين مسح السماء الواسع الخاص به الكثير من المجرات. الفكرة هي العثور على جميع المجرات في رقعة من السماء، ومن ثم عزل جميع المجرات المدمجة للغاية. وإذا قمت بذلك، فيمكنك في الواقع تقدير مدى ندرة (المجرات الأحفورية)."

وقال كابيلاري في رسالة بالبريد الإلكتروني إن تأكيد المجرة البقايا KiDS J0842+0059 على هذه المسافة يعد إنجازاً رائعاً، ومستقبل هذا المجال واعد جداً. "مع التلسكوبات الجديدة القوية مثل تلسكوب جيمس ويب وتلسكوب إقليدس (الذي أنتج أول صور له قبل بضعة أشهر فقط)، وعلى الأرض مع البصريات التكيفية المتقدمة، يمكننا أن نتوقع العثور على المزيد من هذه البقايا ودراستها على مسافات أكبر."