عالم الفلك يكتشف نفاثة ضخمة وغير عادية من المادة في الكون البعيد

رصد علماء الفلك جسماً راديولوجياً وحشياً في الكون البعيد يبلغ عرضه ضعف عرض مجرة درب التبانة. تشكل هذا الجسم القديم عندما كان عمر الكون أقل من 10% من عمره الحالي البالغ 13.8 مليار سنة، وفقاً لدراسة جديدة.

وقالت المؤلفة الرئيسية للدراسة آنيك غلودمانز، وهي زميلة أبحاث ما بعد الدكتوراه في مختبر NOIRLab التابع لمؤسسة العلوم الوطنية، في رسالة بالبريد الإلكتروني: "هذه أكبر نفاثة راديوية شوهدت حتى الآن في الكون المبكر".

حتى الآن، كانت هذه النفاثات الراديوية الهائلة البعيدة التي انطلقت بعد فترة قصيرة من الانفجار العظيم بعيدة المنال، حيث لم يتم اكتشافها في الغالب، ولا تزال كيفية إنشائها لغزاً، وفقاً لغلودمانز. وقالت: "لقد كان غيابها يُعزى في السابق إلى الخلفية الميكروية الكونية (الإشعاع المتبقي من 13.8 مليار سنة مضت)، الذي يقلل من الضوء الراديوي لهذه الأجسام البعيدة".

تحتوي معظم المجرات العملاقة على ثقب أسود هائل في مراكزها. وتمتلك هذه المحركات المركزية حقول جاذبية قوية بشكل لا يصدق، حيث تلتهم أي شيء يبتعد عنها. يؤدي قمع كل تلك المواد إلى إطلاق بعض الثقوب السوداء لكمية غير عادية من الطاقة التي يعتقد العلماء أنها تغذي تكوين الكوازار - ألمع الأجسام المعروفة في الكون. تُطلق الكوازارات، وهي النوى المضيئة للمجرات البعيدة والقديمة، نفاثات من المادة النشطة.

بمساعدة اثنين من التلسكوبات الراديوية القوية، رصد علماء الفلك النفاثة العملاقة ذات الفصين، والتي تمتد على الأقل 200 ألف سنة ضوئية. والسنة الضوئية هي المسافة التي يقطعها الضوء في سنة واحدة، وهي 5.88 تريليون ميل (9.46 تريليون كيلومتر). نُشرت دراسة تشرح بالتفصيل هذا الاكتشاف في 6 فبراير في The Astrophysical Journal Letters.

من خلال استخدام التلسكوبات للنظر في الكون البعيد ودراسة الظواهر المرصودة هناك، يمكن لعلماء الفلك بشكل أساسي أن يروا في الزمن الماضي. ويوفر اكتشاف النفاثة الراديوية الضخمة نافذة على الأيام الأولى للكون، ويسلط الضوء على وقت تشكل النفاثات الأولى وكيف شكلت المجرات على مر الزمن.

العثور على نفاثة راديوية قديمة في بدايات الكون

تشكل النجم الكوازار الذي أنتج النفاثة الراديوية ذات الفصين عندما كان عمر الكون أقل من 1.2 مليار سنة، أو 9% من عمره الحالي، وهو يتميز ببعض السمات الغريبة.

من الناحية الفلكية، يُعتبر الكوازار الذي يزن 450 مليون مرة كتلة شمسنا، أصغر من الكوازارات النموذجية التي يمكن أن تصل كتلتها إلى مليارات المرات أثقل من كتلة نجمنا.

وقال جلوديمانز في بيان: "يبدو أن هذا يشير إلى أنك لا تحتاج بالضرورة إلى ثقب أسود ضخم بشكل استثنائي... لتوليد مثل هذه النفاثات القوية في بدايات الكون".

كما أن النفاثة ذات الوجهين غير متماثلة من نواحٍ متعددة، بما في ذلك المسافات التي تمتد بعيداً عن الكوازار، بالإضافة إلى سطوعها، "وهو ما يبدو أنه يشير إلى أن بيئة متطرفة تؤثر على الفصوص"، كما قال غلودمانز.

حدد فريق دولي من علماء الفلك أولاً النفاثة الراديوية أثناء استخدام تلسكوب مصفوفة الترددات المنخفضة أو ما يُعرف بـ LOFAR، وهي شبكة من التلسكوبات الراديوية في جميع أنحاء أوروبا. بعد ذلك، أجرى الباحثون عمليات رصد للمتابعة في أطوال موجية مختلفة من الضوء، مثل الأشعة تحت الحمراء القريبة باستخدام جهاز مطياف الجوزاء للأشعة تحت الحمراء القريبة على تلسكوب الجوزاء الشمالي في هاواي وكذلك الضوء المرئي باستخدام تلسكوب هوبي-إيبيرلي في تكساس.

وقد ساعدت نطاقات الضوء المختلفة معاً الفريق على تجميع تفاصيل عن النفاثة الكبيرة والكوازار الذي أنتجها والذي يحمل اسم J1601+3102.

قال غلودمانز في بيان: "كنا نبحث عن كوازارات ذات نفاثات راديوية قوية في بدايات الكون، مما يساعدنا على فهم كيفية وتوقيت تشكل النفاثات الأولى وكيفية تأثيرها على تطور المجرات". وأضاف: "فقط لأن هذا الجسم متطرف جداً يمكننا رصده من الأرض، على الرغم من أنه بعيد جداً. يُظهر هذا الجسم ما يمكننا اكتشافه من خلال الجمع بين قوة التلسكوبات المتعددة التي تعمل بأطوال موجية مختلفة."

وقال غلودمانز إن اكتشاف نفاثة راديوية كبيرة في الكون البعيد يشير إلى أن هناك المزيد من الأجسام التي تنتظر الاكتشاف، ويخطط الفريق لمزيد من الملاحظات لفهم البيئة غير العادية حول هذا الكوازار تحديداً بشكل أفضل. وتشمل بعض أكبر الأسئلة المتبقية ما هي العوامل التي تؤدي إلى إنشاء نفاثات راديوية قوية.

وقال غلودمانز: "هناك حوالي ألف كوازار معروف في هذه الحقبة الزمنية وحتى قبل ذلك في الكون، لذا على الرغم من ندرتها، إلا أننا بالتأكيد نعرف عدداً قليلاً منها".

"تصبح الكوازارات مضيئة للغاية بسبب الاحتكاك الناتج عن سقوط الغاز والغبار في الثقب الأسود الهائل. وفي حالة هذا الكوازار، فإن جزءاً من المادة قد انطلق على شكل نفاثتين. نعتقد أن هذه النفاثات الراديوية القوية تتشكل في حوالي 10% من الكوازارات. وقد تم العثور على نفاثات نفاثة في وقت سابق في الكون، ولكن لم يتم العثور على نفاثات بهذا الحجم الهائل."

النفاثات الراديوية الكونية القريبة والبعيدة

أعلن فريق منفصل من علماء الفلك، باستخدام لوفار أيضاً، في الخريف الماضي عن اكتشاف نفاثات راديوية ضخمة تمتد على مسافة 23 مليون سنة ضوئية - أي أكثر ضخامة بـ 115 مرة من النفاثة الراديوية ذات الفصّين المكتشفة حديثاً.

ولكن على عكس النفاثة التي شكلها J1601+3102، تم العثور على بورفيريون على بعد 7.5 مليار سنة ضوئية من الأرض فيما يسمى بالكون "القريب"، بدلاً من الكون المبكر، وفقاً للتقرير المنشور في سبتمبر.

وقال غلودمانز إنه سيكون من الصعب اكتشاف نفاثات ضخمة مثل بورفيريون في الكون المبكر لأن الإشعاع المتبقي من الانفجار العظيم يحجب الضوء الراديوي الصادر عن النفاثات.

ومع ذلك، فقد تساءل علماء الفلك منذ فترة طويلة عما إذا كان من الممكن رصد نفاثات طويلة وقوية في الكون البعيد لأن الثقوب السوداء المسؤولة عنها كانت تتصرف بشكل مختلف في الكون المبكر وكانت أقل ضخامة، كما قال مارتين أوي، وهو باحث ما بعد الدكتوراه في علم الفلك الرصدي في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا والمؤلف الرئيسي لدراسة سبتمبر عن بورفيريون. لم يشارك أوي في الدراسة الجديدة.

قال أوي في رسالة بالبريد الإلكتروني: "الأمر المثير هو أن هؤلاء المؤلفين يُظهرون أن الكوازارات في الأوقات التي كانت فيها أقل كتلة مما هي عليه اليوم كان لا يزال بإمكانها توليد نفاثات قوية وطويلة". "لقد كان الكون أصغر بكثير مما كان عليه في زمن بورفيريون، لذا فإن التباين أقل حجمًا من الناحية النسبية! هذا اكتشاف مثير للإعجاب، ويُظهر أن الثقوب السوداء أثرت على الكون بالمغناطيسية والحرارة والأشعة الكونية خارج حدود مجراتها بالفعل بعد حوالي مليار سنة من الانفجار العظيم."