لقد عرفنا أخيرًا ما الذي جلب الضوء إلى الفراغ المظلم عديم الشكل للكون المبكر.
وفقا لبيانات من تلسكوبات هابل وجيمس ويب الفضائية، فإن أصل الفوتونات الطائرة الحرة في الفجر الكوني المبكر كان عبارة عن مجرات قزمة صغيرة احترقت وعادت إلى الحياة. أ ورقة جديدة ونشرت الدراسة في فبراير.
“يكشف هذا الاكتشاف عن الدور الهام الذي لعبته المجرات فائقة الدقة في تطور الكون المبكر.” قالت عالمة الفيزياء الفلكية إيرينا تشيمرينسكا من معهد الفيزياء الفلكية في باريس.
“إنها تنتج فوتونات مؤينة تحول الهيدروجين المحايد إلى بلازما مؤينة أثناء إعادة التأين الكوني. وهذا يسلط الضوء على أهمية فهم المجرات منخفضة الكتلة في تشكيل تاريخ الكون.”
في بداية الكون، وفي غضون دقائق من الانفجار الكبير، امتلأ الفضاء بضباب حار وكثيف من البلازما المتأينة. ما هو الضوء القليل الذي لم يكن ليخترق هذا الضباب؛ تبعثر الفوتونات الإلكترونات الحرة العائمة، مما يجعل الكون مظلمًا.
ومع تبريد الكون، بعد حوالي 300 ألف سنة، بدأت البروتونات والإلكترونات في الاتحاد لتكوين غاز الهيدروجين المحايد (وبعض الهيليوم). يمكن لمعظم الأطوال الموجية للضوء اختراق هذا الوسط المحايد، ولكن كان هناك عدد قليل جدًا من مصادر الضوء لإنتاجه. لكن من الهيدروجين والهيليوم ولدت النجوم الأولى.
أصدرت تلك النجوم الأولى إشعاعًا قويًا بدرجة كافية لتجريد نواتها من الإلكترونات وإعادة تأين الغاز. ومع ذلك، عند هذه النقطة، كان الكون قد توسع كثيرًا لدرجة أن الغاز انتشر، ولم يعد قادرًا على إيقاف الضوء من السطوع. بعد حوالي مليار سنة من الانفجار الكبير، في نهاية الفترة المعروفة باسم الفجر الكوني، تم إعادة تأين الكون بالكامل. دا دا! كانت الأضواء مضاءة.
ولكن نظرًا لأن الفجر الكوني به الكثير من الطنانة، فهو خافت جدًا وبعيد جدًا عبر الزمان والمكان لدرجة أننا نواجه صعوبة في رؤية ما هو موجود هناك. افترض العلماء أن المصادر المسؤولة عن معظم عمليات التطهير لا بد أن تكون قوية، وهي ثقوب سوداء ضخمة ينتج تراكمها ضوءًا مشتعلًا، مثل المجرات الضخمة أثناء تكوين النجوم (تنتج النجوم الصغيرة الكثير من الضوء فوق البنفسجي).
تم تصميم تلسكوب جيمس ويب الفضائي جزئيًا للنظر في الفجر الكوني ورؤية ما هو مخفي فيه. لقد كان ناجحًا جدًا، حيث كشف عن جميع أنواع المفاجآت حول هذا الوقت الحاسم في خلق الكون. ومن المثير للدهشة أن عمليات رصد التلسكوب تشير الآن إلى أن المجرات القزمة تلعب دورًا مهمًا في إعادة التأين.
تحول فريق دولي بقيادة عالم الفيزياء الفلكية حكيم أديك من معهد الفيزياء الفلكية في باريس إلى بيانات تلسكوب جيمس ويب الفضائي حول مجرة تسمى أبيل 2744، مدعومة ببيانات هابل. إن Abel 2744 كثيف للغاية لدرجة أن الزمكان ينحني حوله ليشكل عدسة كونية؛ أي ضوء بعيد ينتقل عبر الزمكان نحونا. وقد سمح هذا للباحثين بمراقبة المجرات القزمة الصغيرة بالقرب من الفجر الكوني.
وفي وقت لاحق، استخدموا تلسكوب جيمس ويب الفضائي للحصول على أطياف تفصيلية لهذه المجرات الصغيرة. ويظهر تحليلهم أن هذه المجرات القزمة ليست فقط النوع الأكثر وفرة من المجرات في الكون المبكر، ولكنها أيضًا أكثر سطوعًا مما كان متوقعًا. في الواقع، يُظهر بحث الفريق أن عدد المجرات القزمة يفوق عدد المجرات الكبيرة بنسبة 100 إلى 1، وأن ناتجها الجماعي يبلغ أربعة أضعاف الإشعاع المؤين المفترض عادةً للمجرات الكبيرة.
“تطلق هذه القوى الكونية مجتمعة ما يكفي من الطاقة لإنجاز المهمة.” قال أديك. “على الرغم من صغر حجمها، تنتج هذه المجرات منخفضة الكتلة إشعاعات نشطة، ووفرتها خلال هذه الفترة كبيرة جدًا لدرجة أن تأثيرها الجماعي يمكن أن يغير حالة الكون بأكملها.”
لا يزال هذا دليلاً عظيمًا على القوة الكامنة وراء عملية الترميم، ولكن لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به. ونظر الباحثون إلى جزء صغير من السماء؛ إنهم بحاجة إلى التأكد من أن عينتهم تمثل جميع سكان الفجر الكوني، وليس مجرد مجموعة شاذة من المجرات القزمة.
إنهم يريدون دراسة المزيد من مناطق العدسات الكونية في السماء للحصول على عينة أوسع من سكان المجرة الأوائل. ولكن في هذا النموذج، كانت النتائج مذهلة بشكل لا يصدق. لقد ظل العلماء يبحثون عن إجابات حول إعادة التوحيد طوال مدة علمنا. نحن أخيرًا على وشك إزالة الضباب.
“لقد دخلنا الآن منطقة مجهولة مع تلسكوب جيمس ويب الفضائي” وقالت عالمة الفيزياء الفلكية ثيميا ناناياكارا: جامعة سوينبيرن للتكنولوجيا، أستراليا.
“يفتح هذا العمل أسئلة مثيرة للغاية يجب علينا الإجابة عليها في جهودنا لرسم التاريخ التطوري لأصولنا.”
نشرت في الأطروحة طبيعة.
نُشرت نسخة من هذه المقالة في الأصل في مارس 2024.
