تلسكوب ويب الفضائي يلتقط اندماجًا مذهلًا بين المجرات والكوازارات في الكون البعيد

تمكن فريق بحثي دولي، بقيادة المعهد الوطني الإيطالي للفيزياء الفلكية (INAF)، من استخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) لالتقاط حدث غير عادي في الكون البعيد: التفاعل الدرامي بين الكوازار ومجرتين قمريتين ضخمتين داخل نظام PJ308-21.

يقدم هذا الاكتشاف الرائع رؤى جديدة حول نمو المجرات في الكون المبكر، ويقدم لمحة عن العمليات التي شكلت الكون خلال سنواته التكوينية.

مراقبة التفاعل بين الكوازار والمجرة

في سبتمبر 2022، سيتم إطلاق مشروع JWST مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRSpec) لقد لاحظت نظام PJ308-21كشفت دراسة حديثة تفاصيل غير مسبوقة عن اندماج هذا النجم الزائف مع المجرة. وقد تم رصد النجم الزائف، الذي يقع في مجرة ​​كانت موجودة عندما كان عمر الكون أقل من مليار سنة، بدقة مذهلة.

التقطت أداة NIRSpec طيف الكوازار بدرجة عدم يقين أقل من 1% لكل بكسل، مما سمح للباحثين بدراسة الخصائص الفيزيائية للغاز داخل المجرة المضيفة للكوازار والمجرات المرافقة لها. وقد وفر هذا المستوى العالي من التفاصيل بيانات لا تقدر بثمن تساعد في فهم المراحل المبكرة من تكوين المجرات ودور الكوازارات في هذه العملية.

المعادن العالية وتكوين النجوم

تظهر المجرة المضيفة لـ PJ308-21 ظروفًا معدنية وفوتونية عالية نموذجية لـ نواة مجرية نشطة (AGN)، في حين تظهر إحدى المجرات القمرية نسبة معدنية منخفضة وتأين ضوئي ناتج عن تكوين النجوم. كما تظهر المجرة القمرية الثانية، والتي تأينت ضوئيًا جزئيًا بواسطة الكوازار، نسبة معدنية عالية أيضًا.

وتؤكد هذه الملاحظات أن كل من الكوازار والنجم المجرات المحيطة وقد أظهرت دراسة حديثة أن الثقوب السوداء في مركز النجوم الزائفة ذات الانزياح الأحمر العالي والمجرات التي تستضيفها تمر بنمو فعال ومضطرب للغاية بالفعل في أول مليار عام من تاريخ الكون، بمساعدة البيئة المجرية الغنية التي تتشكل فيها هذه المصادر.

تقنيات مبتكرة للتحليل التفصيلي

تم إجراء الملاحظات كجزء من أحد المشاريع التسعة التي تقودها إيطاليا في دورة المراقبة الأولى جيمس ويباستخدم الفريق تقنية التحليل الطيفي للمجال المتكامل، مما سمح لهم بمراقبة طيف النطاق البصري بأكمله لكل بكسل في الصورة.

لقد مكنت هذه التقنية من دراسة مختلف متتبعات الغاز وخصائصها. وسط بين نجمي متأين، بما في ذلك المعدنية، وحجب الغبار، وكثافة الإلكترونات ودرجة الحرارة، ومعدل تشكل النجوم.

فيديريكا لوياكونو، عالمة فيزياء فلكية وزميلة أبحاث في المعهد الوطني للبحوث الاقتصاديةوأكد على أهمية هذه الملاحظات: “بفضل NIRSpec، يمكننا لأول مرة دراسة النطاق البصري في نظام PJ308-21، الغني بالبيانات التشخيصية الثمينة حول خصائص الغاز بالقرب من الثقب الأسود في المجرة التي تستضيف الكوازار وفي المجرات المحيطة. يمكننا أن نرى، على سبيل المثال، انبعاث ذرات الهيدروجين ومقارنتها بالعناصر الكيميائية التي تنتجها النجوم لتحديد مدى ثراء الغاز في المجرات بالمعادن”.

رؤى من تحليل البيانات المتقدم

وقد سمحت البيانات التي تم جمعها من خلال هذه الملاحظات للباحثين بالبحث بعمق في الظروف والعمليات التي تحدث في هذه المجرات المبكرةومن خلال دراسة خطوط الانبعاث للعناصر المختلفة، تمكن الفريق من تحديد خصائص الوسط النجمي المؤين، مثل مصدر وكثافة الإشعاع الضوئي المؤين، ومستويات المعدنية، وكثافة ودرجة حرارة الإلكترونات.

يوفر هذا التحليل التفصيلي صورة أكثر وضوحًا للظروف المادية في المجرات “وكيف تتفاعل مع الكوازار في مركزها. وقال لوياكونو: “إن الخبرة في تقليل ومعايرة هذه البيانات، والتي تعد من أوائل البيانات التي تم جمعها باستخدام NIRSpec في وضع التحليل الطيفي للحقل المتكامل، ضمنت ميزة استراتيجية للمجتمع الإيطالي في إدارة بيانات مماثلة من برامج أخرى”.

التداعيات على التاريخ الكوني

إن القدرة على دراسة التركيب الكيميائي والخصائص الفيزيائية للمجرات بمثل هذه التفاصيل لها آثار عميقة على فهمنا للتاريخ الكوني والتطور الكيميائي للمجرات. البيانات التي تم جمعها بواسطة جيمس ويب يسمح ذلك لعلماء الفلك برسم خريطة لتخصيب المعادن في المجرات التي تم رصدها عندما كان الكون لا يزال في مراحله الأولى.

وأشار روبرتو ديكارلي إلى أنه “حتى قبل بضع سنوات، كانت البيانات المتعلقة بإثراء المعادن (وهي ضرورية لفهم التطور الكيميائي للمجرات) بعيدة المنال تقريباً، وخاصة على هذه المسافات. والآن أصبح بوسعنا رسم خرائط تفصيلية لها من خلال بضع ساعات فقط من المراقبة، حتى في المجرات التي رصدناها عندما كان الكون في مهده”.

هذه القدرة على قياس وتحليل الخصائص الكيميائية لـ المجرات المبكرة يفتح آفاقًا جديدة لفهم العمليات التي تحكم تشكلها وتطورها.

التأثير التحويلي لتلسكوب جيمس ويب الفضائي

إن النتائج التي توصلت إليها هذه الدراسة لا تلقي الضوء على النمو والتطور المبكر فحسب المجرات والثقوب السوداء ولكنها تظهر أيضًا التأثير التحويلي للقدرات المتقدمة لتلسكوب جيمس ويب الفضائي.

تلسكوب جيمس ويب الفضائي إن الحساسية العالية في أطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة والمتوسطة تسمح بدقة غير مسبوقة في مراقبة الأجسام البعيدة، مما يجعل من الممكن جمع بيانات مفصلة لم يكن من الممكن الوصول إليها من قبل. “لقد مثل هذا العمل رحلة عاطفية حقيقية، مع الحاجة إلى تطوير حلول مبتكرة للتغلب على الصعوبات الأولية في تقليل البيانات”، شارك ديكارلي، مسلطًا الضوء على التحديات والانتصارات التي حققتها عملية البحث.

مثل جيمس ويب يواصل تلسكوب هابل الفضائي مراقبة الكون، ومن المتوقع أن يكشف عن المزيد من الاكتشافات الرائدة التي من شأنها تعميق فهمنا للكون والعمليات الأساسية التي شكلت تطوره.