غياب الإشارة التي تقول الكثير عن المجرات الأولى
لا تزال المراقبة المباشرة للمجرات الأولى في كوننا بعيدة عن متناولنا. لكن النتائج الأخيرة التي حصل عليها الباحثون ، أثناء دراستهم لما يسمونه خط 21 سم ، هي خطوة رئيسية في فهم كيفية انتقال الكون من مكان شبه فارغ إلى مكان مليء بالنجوم.
يلتقط علم الفلك الراديوي المجرات البعيدة التي تلد نجومًا بفضل المصفوفة الدولية منخفضة التردد (LOFAR) ، وهي شبكة كبيرة تضم 70 ألف تلسكوب لاسلكي منتشرة في جميع أنحاء أوروبا ، حصل علماء الفلك على صور تخطف الأنفاس لشباب كوننا. تم التقاط عشرات الآلاف من المجرات أثناء تشكيلها للنجوم. يقترح هذا الفيديو التحليق فوق جزء من السماء المدروسة.
يورجن دي يونج ، جامعة ليدنالخط 21 سم. يا له من تعبير غريب! ومع ذلك ، كان هذا الفراق ، في نهاية الخمسينيات ، هو الذي مكنعالم الفلكالهولندي جان أورت ، لإظهار الهيكل الحلزوني لمجرتنا درب التبانة . اليوم ، لا يزال هذا الخط ، أو بالأحرى عدم اكتشافه ، هو الذي يسمح للباحثين في جامعة كامبريدج (المملكة المتحدة) بمعرفة المزيد عن هذه الفترة أكثر منعلماء الفيزياء الفلكيةاتصل بفَجركوني. هذه الفترة منكونذات أهمية قصوى خلال الأولالنجوموالأولالمجراتبدأت في الظهور.
قبل المضي قدمًا ، تجدر الإشارة إلى أن التعبير "خط 21 سنتيمترًا" يعين ، بالنسبة للباحثين ، أالخط الطيفيالصادرة عنذرةمنهيدروجينحيادي. 21 سم منطول الموجة. في مجالمذياع، لذا. وإذا كان تلسكوب جيمس ويب الفضائي قادرًا على تصوير مجرات فردية في بدايات الكون ، فمن المرجح أن توفر دراسة الخط عند 21 سم معلومات عن مجموعات كاملة من المجرات الأقدم.
مصلحة خاصة
بفضل هذه الإشارة المحددة للنجوم الأولى أعيد إشعاعها بسمكغيوممن الهيدروجين. ومن هنا مصلحتها الخاصة. على الأقل حتى مشروع مصفوفة الكيلومتر المربع (SKA ، جنوب إفريقيا وأستراليا) الذي يأمل علماء الفلك أن يكون قادرًا - بحلول نهاية هذا العقد - على إنتاج صور لكوننا المبكر.
في 2018 فريق الخبرةحواف اقترح كشف محتمل ، من خلالضبابمن الكون المبكر ، مننورمن النجوم الأولى. لكن الإشارة بدت قوية للغاية. معلومات منمنظار إشعاعيشكك Saras3 الهندي في هذا الاكتشاف. هذه هي البيانات التي حللها باحثون من جامعة كامبريدج بالتفصيل. البيانات التي تعود إلى 200 مليون سنة فقط بعدالانفجار العظيم. اختبروا عدة سيناريوهاتالفيزياء الفلكيةمما قد يفسر نتيجة تجربة Edges. لم يكتشفوا في أي وقت الخط الشهير عند 21 سم.
حدود خصائص النجوم الأولى
لكن كل هذا العمل لم يكن عبثا. يشرح علماء الفيزياء الفلكية بالفعل أن حقيقة عدم العثور على إشارة ذات سعة معينة سعوا إليها بفضل تقنياتهمتصميمتوفر الإحصائيات معلومات مثيرة للاهتمام تقريبًا. ما ، وفقًا لهم ، يضع حدودًا للخصائص الفيزيائية للنجوم الأولى والمجرات الأولى.
هذا التحليل يعطي بالتالي مؤشرات علىالجماهيرمن المجرات الأولى وعلىسطوع. كما يوفر معلومات حول الكفاءة التي يمكن لهذه المجرات من خلالها تكوين النجوم. وعلى الكفاءة التي انبعثت بها هذه النجوم في مجالالأشعة السينية، في مجال الراديو أو في مجالفوق بنفسجي. وبالتالي ، فإن الخطوة الأولى في طريقنا لفهم كيف انتقل كوننا من الظلام والفراغ إلى منطقة مأهولة بالنجوم والمجرات.
لذلك ، يستبعد علماء الفلك بجامعة كامبريدج الآن السيناريوهات التي كانت فيها المجرات المبكرة أكثر سطوعًا بألف مرة من المجرات الحالية في انبعاثها الراديوي وسخانات غاز الهيدروجين الضعيفة. تكشف بياناتهم أيضًا عن شيء تم اقتراحه من قبل ، وهو أن النجوم والمجرات المبكرة ربما كان لها مساهمة قابلة للقياس في إشعاع الخلفية الذي ظهر في أعقاب الانفجار العظيم .
النجوم الأولى في الكون: إشارات تم الكشف عنها أخيرًا!
في غضون سنوات قليلةتلسكوب جيمس ويب الفضائيسوف تكون قادرة على مراقبة النجوم الأولى للكون. تم تحقيق هذا الإنجاز من الأرض بواسطة تلسكوب لاسلكي متواضع ، والذي سمح بالكشف الأول ، بشكل غير مباشر ، بفضل الخط 21 سم من الهيدروجين. مع مفاجأة في المتجر: الإشارة غير طبيعية ويمكن أن تخون وجود جسيماتمادة سوداء.
انطباع فنان عن النجوم الأولى. كان يجب أن تكون ضخمة جدًا وأن تعيش لفترة قصيرة جدًا.
NR FULLER ، مؤسسة العلوم الوطنيةبعد حوالي 380000 سنة من الانفجار العظيم ، انخفضت درجة حرارة الكون المرئي بسبب تمدده ، وكانت درجة الحرارة كافية حتى أن الذرات الأولى من الهيدروجين والهيليومتتشكل المحايدة من بلازما النوى الخفيفة والإلكترونات. الالتركيب النووييجب أن يكون البدائي قد أنتج عدد قليل من نوىالأكسجين، منكربونو'نتروجينولكن بنسبة مليون مليار مرة أقل ، وبالتالي بكمية ضئيلة. هذه هي النجوم التي ستنتج لاحقًا نوى ثقيلة.
ورافقت هذه الظاهرة انبعاث الإشعاع الأحفوري الشهير الذي يصل إلينا اليوم من مناطق تقع أكثر من 45 ملياراسنوات ضوئيةمنا ، بسبب توسعالكونيمكن ملاحظتها. تذكر أنه يبلغ من العمر حوالي 13.7 مليار سنة. هذا ما يعرف ب "فترةإعادة التركيبالتي لم تكن لحظية. هذا المصطلح الغريب هو بقايا تاريخية يعود تاريخها إلى الستينيات على الأقل ، عندما تم اكتشاف هذا الإشعاع. روبرت ديكي وجيمس بيبلز ، من بين رواد آخرين فيعلم الكونياتفي ذلك الوقت ، على وجه الخصوص ، أن ذرات الهيدروجين والهيليوم الأولية جاءت ، ربما ، من مرحلة مبكرة من تقلص الكون المرئي (والذي سيكون دوريًا) ، والذي كان قد انفصل النوى والإلكترونات عند درجات حرارة عالية ، قبل ظهور جديد. تبدأ مرحلة التوسع ، التي نلاحظها.
العصور المظلمة والنجوم الأولى
ومع ذلك ، لمدة 100 مليون سنة على الأقل ، لم يكن الكون المرئي مضاء بالنجوم ، وبالتالي أقل من ذلك بالمجرات ، في حين أن درجة حرارةالإشعاع الكونيسقطت بدرجة كافية حتى لا تعود مرئية. في وقت إعادة التركيب ، يجب أن يكون الكون ساطعًا مثل سطحشمسلأنها كانت مليئة بالبلازما تقريبًا بنفس درجة الحرارة. هذه الفترة الغامضة من تاريخ الكون هي تلك التي تعرف باسمالعصور المظلمة.
بدأت النجوم أخيرًا بالتشكل بأعداد كبيرة. لا بد أنها كانت ضخمة جدًا ، ربما من 100 إلى 1000 كتلة شمسية ، وبدأت إشعاعاتها فوق البنفسجية الشديدة في إعادة تأين الذرات ، ربما بالاقتران مع تلك التي حدثت في وقت مبكر.النجوم الزائفة. بداية هذه الفترة منإعادة التأينيطلق على المادة العادية للكون أحيانًا اسم "إعادة الميلاد الكوني" وهذه الفترة نفسها تسمى منطقيًا إعادة التأين .
يود علماء الكونيات تحديد تواريخ هذه الظواهر ودراستها بالطبع. ولكن كيف نحصل على معلومات حول ما حدث خلال العصور المظلمة عندما لم تكن هناك نجوم تتألق وكيف نلاحظ هذه النجوم الأولى التي تسمى النجوم الثالثة ؟
عرض كشف النجوم الأولى. للحصول على ترجمة فرنسية دقيقة إلى حد ما ، انقر فوق المستطيل الأبيض في أسفل اليمين. يجب أن تظهر الترجمة الإنجليزية بعد ذلك. ثم انقر فوق الجوز الموجود على يمين المستطيل ، ثم انقر فوق "العناوين الفرعية" وأخيراً على "الترجمة تلقائيًا". اختر "الفرنسية".
مؤسسة العلوم الوطنيةWouthuysen - التأثير الميداني والإشعاع الكوني
هناك استراتيجيات كان الباحثون يستكشفونها منذ أكثر من عقد. يعتمد أحدها على ظاهرة غريبة تسمى Wouthuysen – Field Effect ، والتي سميت باسمفيزيائيالهولندي سيغفريد أدولف ووثويسن وعالم الفيزياء الفلكية الأمريكي جورج ب. يستخدم الخط الشهير عند 21 سم من الهيدروجين مما جعل من الممكن رسم خريطةدرب التبانة. يمكن أن يمتص الهيدروجين المحايد بالفعل أو ينبعث منهالفوتوناتفي هذا الطول الموجي بسبب مستوياتطاقةخاصة بسبب التفاعلات بينبروتونوإلكترون ذرة الهيدروجين الذي يجرىيدورمن هذه الجسيمات تكون إما متوازية أو مضادة. لذلك يمكننا استخدام هذا الخط لاكتشاف ورسم خريطة توزيع كتل الهيدروجين المحايدة خلال العصور المظلمة.
ومع ذلك ، عندما تضيء النجوم الأولى ، تتوقع ميكانيكا الكم أن فوتونات الأشعة فوق البنفسجية الخاصة بها ستسمح لتأثير Wouthuysen-Field بالتعبير عن نفسه بطريقة تجعل ذرات الهيدروجين التي لا تزال محايدة تبدأ في امتصاص فوتونات الإشعاع الكوني الموجودة بدقة عند الطول الموجي البالغ 21 سم. النطاقمن هذا الإشعاع يجب أن يكون محزوزًا بجوف صغير يتوافق مع تأثير انخفاض عدد السكان.
ومع ذلك ، وبسبب توسع الكون ، فإن هذا الانخفاض في طيف إشعاع الخلفية يتحول إلى أطوال موجية أقل ، في مجال الموجات الراديوية. كلما حدثت إعادة التأين في وقت مبكر ، كلما كان توسع الكون المرئي قد حصل على وقت لتمديد الطول الموجي للفوتونات الراديوية هذه. من خلال قياسه بدقة ، نكتشف بالتالي اشتعال النجوم الأولى ، وقبل كل شيء ، من الممكن تحديد تاريخ هذا الحدث.
شرع فريق من الباحثين بقيادة عالم الفلك جود بومان من كلية الأرض واستكشاف الفضاء بجامعة ولاية أريزونا في هذه المغامرة منذ أكثر من 12 عامًا من خلال بناء كاشف مناسب لتسليط الضوء على الإشارة التي تم البحث عنها كجزء من الحواف ( تجربة لاكتشاف العالم) توقيع EoR ). لقد قدمت للتو في مجلة Nature ملاحظة ولادة النجوم الأولى. وفقًا لهذه النتيجة ، كان من الممكن أن يحدث هذا الحدث بعد حوالي 180 مليون سنة من الانفجار العظيم.
التسلسل الزمني للكون المرئي (تذكر أن التريليون الإنجليزي يعني المليار).
ناوتأثير Wouthuysen – Field ودليل المادة المظلمة
هذا القياس هو قوة لأن الإشارة المرغوبة تغرق في ضوضاء الخلفية الراديوية ، بما في ذلك ضوضاء مجرة درب التبانة. كما يوضح الفيديو أعلاه ، فإن الأمر يشبه الاستماع إلى خفقان أجنحة طائر طنان في منتصف aاعصار. كان على الباحثين أيضًا عزل أنفسهم قدر الإمكان عن مصادر الراديو التي من صنع الإنسان ، ولهذا السبب حدثت Edges بعيدًا عن كل شيء في أستراليا ، فيMRO( مرصد مورشيسون لعلم الفلك الراديوي ) ، ليس ببعيد عن أحد مواقع التلسكوب الراديوي الشهير صفيف الكيلومتر المربع .
قد يكون هناك ملفكرزعلى الكعكة ، كما هو موضح من بين أمور أخرى في مقال نُشر على عالم الفيزياء الفلكية arXiv رينان باركانا من جامعة تل أبيب. شدةاستيعابفوتونات الإشعاع الكوني بتأثير Wouthuysen-Field أكثر من ضعف ما كان متوقعًا. L 'شذوذ(3.8 σ) ليس عند مستوى 5 سيجما المطلوب حتى يتم اعتبار النتيجة اكتشافًا. لذلك يجب توخي الحذر. لكن وفقًا للباحث ، فإن هذا يشير إلى أن ذرات غاز الهيدروجين في ذلك الوقت كانت أكثر برودة مما كان يعتقد سابقًا. السبب ؟ قبل إعادة التأين ، كان الكون أكثر كثافة وتصادمًا مع جسيمات المادة المظلمة (التي تشكل غازًا أكثر برودة فيالنموذج الكوني القياسي) أكثر تكرارا ، مما يبرد غاز المادة العادية.
لكن هذه الفرضية تعمل فقط في ظل شرطين. من ناحية أخرى ، يجب أن تتفاعل جسيمات المادة المظلمة إلى حد ما مع المادة الطبيعية من خلال قوى أخرى غيرالجاذبية. من ناحية أخرى ، يجب ألا تكون الجسيمات المكونة لها ثقيلة جدًا ، أقل من خمسة أضعاف كتلة البروتون تقريبًا ، مما قد يوجه نحو نماذج Wimps أخف من المتوقع وربما نحو نماذج من المادة المظلمة الدافئة وليس الباردة.
هل باركانا على حق؟ من السابق لأوانه معرفة ذلك ، ولكن إذا كان الأمر كذلك ، فسيكون هذا أول دليل مباشر على وجود جسيمات المادة المظلمة . نتيجة مذهلة تُنسب إلى الفيزياء الفلكية للجسيمات.
تبدأ النجوم الأولى في الكون في الكشف عن أسرارها
بفضل ألما وأيضًا إلى VLT ، تمكن الفريق من إلقاء نظرة على ما كان يحدث منذ وقت طويل جدًا ، بعد 600 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم ، داخل مجرة صغيرة جدًا. ما رأوه فاجأهم بالأحرى.
إن معرفة أصولنا هي أحد الدوافع العظيمة للعلماء ، وبالطبع بالنسبة للعديد من علماء الفلك ، فهذا يعني فهم تكوين الأجيال الأولى من النجوم . بعد كل شيء ، لن نكون هنا ، ولن يوجد شيء من حولنا ، لولا ظهورهم. لا توجد نجوم صغيرة مثل الشمس ، ولا كواكب ، ولا مواد معقدة ، ولا أرواح ... لأنه من أجل ذلك ، تحتاج إلى هذه المراجل الكبيرة التي هي نجوم ضخمة والكثير من الطاقة لإنتاج عناصر أثقل من الكوكب. الهيدروجين والهيليوم اللذين تم إنشاؤها خلال اللحظات الأولى من الكون.
إذن كيف حدث ذلك بالضبط؟ بفضل الشبكة الواسعة من تلسكوبات ألما الراديوية ( مصفوفة أتاكاما كبيرة المليمتر / ما دون المليمتر ) المثبتة على هضبة عالية فيصحراءمن أتاكاما ، وفي تشيلي ، VLT ( تلسكوب كبير جدًا ) ، تمكنت مجموعة من الباحثين من جمع أدلة جديدة لتحديد سمات هؤلاء الأسلاف النجميين الأوائل.
تم تكبير المجرة A2744_YD4 بواسطة عدسات الجاذبية الناتجة عن كتلة مجموعة ABELL 2744 ، في مركز المقدمة ، في خط رؤية التلسكوب.
ALMA (ESO / NAOJ / NRAO)، NASA، ESA، ESO، D. COE (STSCI) / J. ميرتن (هايدلبرغ / بولونيا)أبعد شيء لاحظه ألما
هذه المعلومات جمعوها داخل المجرة الفتية المسماة A2744_YD4. يقع على بعد حوالي 13.2 مليار سنة ضوئية من الأرض ، أي بعد 600 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم ، هو حتى الآن أبعد جسم شاهدته ألما على الإطلاق. إنها عبارة عن رقاقات خفيفة من الغاز ، شاحبة ، لكنها ليست ضئيلة الأهمية ، لأنها غنية بالفعل بالغبار البينجمي - الذي لم يفشل في مفاجأة علماء الفلك. "يشير اكتشاف مثل هذه الوفرة من الغبار إلى أن المستعر الأعظم الأول قد لوث بالفعل هذه البيئة المجرية" يعلق المؤلف الرئيسي لهذا البحث ، نيكولاس لابورت ، من كلية لندن الجامعية. لذلك يخلفون الجيل السابقالمدة الزمنيةقصيرة العمر للغاية ، انفجرت على شكل مستعرات أعظمية.
إنه بمساعدةسوبرامامن المجرات Abell 2744 المعروف أيضًا باسم مجموعة Pandora - يفترض أنه لم شمل أربعةتحب المجراتحوالي 3.5 مليار سنة ضوئية من مجرة درب التبانة - جعلت كتلتها من كل نجومها وغازاتها وغبارها وخاصة المادة المظلمة من الممكن تضخيمها من خلال تأثيرعدسة الجاذبية، كان توهج الطفل المجري يقع في الخلف في الخلفية بشكل أكبر مما يمكن للفريق تثبيته ودراسته.
في هذه الرسوم المتحركة ، يمكننا أن نرى النجوم الأولى تنفجر في مستعر أعظم. سوف يثري رمادهم المجرة الفتية ويسمح بتكوين نجوم جديدة وكذلك الكواكب.
ESO، M. KORNMESSERكانت النجوم الأولى قد تشكلت قبل 200 مليون سنة
من خلال تشريح ضوءها ، علموا بشكل خاص أن A2744_YD4 ، الذي يقدر عدد نجومه بملياري نسمة ، يركز ما يعادل ستة ملايين كتلة شمسية من الغبار. أحجام من المليون من السنتيمتر ، وهي مكونة بشكل أساسي منالسيليكونوالكربون والألومنيوم- المكونات الأساسية التي نجدها مع الآخرين في منطقتنانظام شمسي. لاحظ الباحثون أيضًا (وهذا هو أبعد اكتشاف لهذا العنصر) انبعاث الأكسجين المتأين.
تتبرعم العديد من النجوم في هذه المجرة التجسسية في خضم إعادة التأين . وفقًا للدراسة التي ستنشر في مجلة Astrophysical Journal Letters (المتوفرة في arXiv ) ، يخرج حوالي عشرين منهم من المصانع (السحب الجزيئية) كل عام. "هذا المعدل ليس غريبًا بالنسبة لمجرة بعيدة كهذه [حاليًا في مجرة درب التبانة ، معدلخصوبةلقد انخفض بشكل جيد: المعدل الحالي هو ولادة نجمة واحدة في السنة ، ملاحظة المحرر] ، يوضح أحد المؤلفين المشاركين ريتشارد إليس ، منالذي - التيوالكلية الجامعية . يكشف عن المعدل المستدام لتكوين الغبار داخل A2744_YD4. الوقت المطلوب هو حوالي 200 مليون سنة فقط - لذلك نحن نراقب هذه المجرة بعد وقت قصير من تشكلها ". لذلك كان كل شيء قد بدأ قبل 200 مليون سنة.
أدلة على نجوم الجيل الأول
مقال نشر في مركز الدراسات الدولية والإقليمية بتاريخ 06/20/2005
نشأ نجمان كان يُعتقد أنهما من أوائل النجوم في الكون نتيجة انفجار نجم أقدم ، وفقًا لعلماء الفيزياء الفلكية من جامعة طوكيو. ستسمح هذه النتيجة بمعرفة أفضل لطبيعة النجوم الأولى.
يتمثل أحد أهم التحديات في علم الفلك في تحديد النجوم الأولى للكون ، تلك التي ولدت من غاز بدائي من الهيدروجين والهيليوم. كان يُعتقد أن هذه الأجيال المبكرة من النجوم تحتوي على عدد قليل جدًا من العناصر الثقيلة ، والتي تُعرف مجتمعة باسم "المعادن". إن اكتشاف علماء الفلك لنجمين ، أحدهما في عام 2002 والآخر هذا العام ، حيث تكون نسبة الحديد / الهيدروجين أقل بحوالي مائة ألف مرة من الشمس ، قد أثار الاهتمام.
الآن ، ومع ذلك ، يدعي فريق بقيادة كينيتشي نوموتو من جامعة طوكيو أن هذه النجوم الفقيرة جدًا بالمعادن هي في الواقع نجوم من الجيل الثاني. مستوياتهمالعناصر الكيميائيةغير عادية للغاية ، بما في ذلك نسبة الكربون / الحديد عشرة آلاف مرة من الشمس. وفقًا للفريق الياباني ، تشكلت النجوم من غاز ملوث كيميائيًا من نجم الجيل الأول الذي شكل aالثقب الأسودبعد الانفجارسوبرنوفا.
تقريبا كل منفيرتم تصنيعه خلال المستعر الأعظم الأول ، وفقًا للنموذج ، تمتصه الثقوب السوداء التي تشكلت بعد ذلك. هذا يعني أن جزءًا صغيرًا فقط من الحديد قد تم طرده في الفضاء بين النجوم. تم اختبار التنبؤات من خلال مقارنة مستويات العناصر الكيميائية التي لوحظت في النجمين مع تلك المحسوبة من النموذج.
النتيجة تعني أنه يمكن معرفة طبيعة النجوم الأولى بشكل أفضل والتنبؤ بها من الناحية الكمية. يشير نوموتو إلى أن "الدراسة تظهر أن النجوم التي تكون أكبر من الشمس بحوالي 20 إلى 130 مرة ، والتي انتهت بحدوث مستعر أعظم وشكلت ثقوبًا سوداء ، لعبت دورًا مهمًا في الإثراء الكيميائي البدائي للكون" .
المصدر:مواقع ألكترونية