حقوق الصورة: ESO
استخدم فريق دولي من علماء الفلك التلسكوب الكبير جدًا للمرصد الجنوبي الأوروبي (VLT) للنظر عميقًا في الفضاء ورؤية المجرات التي تقع على بُعد 12.6 مليار سنة ضوئية - هذه المجرات تُرى عندما كان الكون 10٪ فقط من عمره الحالي. تم العثور على عدد قليل من المجرات في هذا العمر القديم ، وقد ساعدت هذه المجموعة الجديدة علماء الفلك على الاستنتاج أنهم جزء من عصر الظلام الكوني ، عندما كانت المجرات المضيئة نادرة - لم يكن هناك سوى أكثر من 500 مليون سنة فقط.
باستخدام تلسكوب ESO كبير جدًا (VLT) ، اكتشف اثنان من علماء الفلك من ألمانيا والمملكة المتحدة [2] بعض أكثر المجرات البعيدة على الإطلاق. تقع على بعد حوالي 12600 مليون سنة ضوئية.
لقد أخذ الضوء الذي سجله VLT الآن حوالي تسعة أعشار عمر الكون لاجتياز هذه المسافة الضخمة. لذلك نلاحظ تلك المجرات كما كانت في وقت كان الكون صغيرًا جدًا ، أقل من 10٪ من عمره الحالي. في ذلك الوقت ، كان الكون يخرج من فترة طويلة تعرف باسم "العصور المظلمة" ، حيث دخل عصر "عصر النهضة الكونية" المضيء.
على عكس الدراسات السابقة التي أسفرت عن اكتشاف عدد قليل من المجرات المتناثرة على نطاق واسع في هذه الحقبة المبكرة ، وجدت الدراسة الحالية ما لا يقل عن ستة مواطنين نائيين في منطقة سماء صغيرة ، أقل من خمسة في المائة من حجم البدر! سمح هذا بفهم تطور هذه المجرات وكيف تؤثر على حالة الكون في شبابها.
على وجه الخصوص ، استنتج الفلكيون على أساس بياناتهم الفريدة أنه كان هناك عدد أقل بكثير من المجرات المضيئة في الكون في هذه المرحلة المبكرة من 500 مليون سنة لاحقة.
لذلك يجب أن يكون هناك عدد أقل من المجرات المضيئة في منطقة الفضاء التي درسوها ، وأضعف من أن يتم اكتشافها في هذه الدراسة. يجب أن تكون تلك المجرات التي لا تزال مجهولة الهوية هي التي تنبعث منها غالبية الفوتونات النشطة اللازمة لتأين الهيدروجين في الكون في تلك الحقبة على وجه الخصوص.
من الإنفجار الكبير إلى عصر النهضة الكونية
في الوقت الحاضر ، ينتشر الكون من خلال الأشعة فوق البنفسجية النشطة ، التي تنتجها النجوم الزائفة والنجوم الساخنة. تحرر الفوتونات ذات الطول الموجي القصير الإلكترونات من ذرات الهيدروجين التي تشكل الوسط بين المجرات المنتشر وبالتالي فإن الأخيرة متأينة تمامًا تقريبًا. ومع ذلك ، كانت هناك حقبة مبكرة في تاريخ الكون عندما لم يكن الأمر كذلك.
ينبع الكون من حالة أولية ساخنة وكثيفة للغاية ، تسمى ما يسمى الانفجار الكبير. يعتقد علماء الفلك الآن أنه حدث منذ حوالي 13700 مليون سنة.
خلال الدقائق القليلة الأولى ، تم إنتاج كميات هائلة من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات. كان الكون ساخناً لدرجة أن البروتونات والإلكترونات كانت تطفو بحرية: الكون متأين بالكامل.
بعد حوالي 100000 سنة ، كان الكون يبرد إلى بضعة آلاف من الدرجات ، والآن تتحد النوى والإلكترونات لتكوين الذرات. يشير علماء الكون إلى هذه اللحظة على أنها "حقبة إعادة التركيب". يصور إشعاع خلفية الميكروويف الذي نلاحظه الآن من جميع الاتجاهات حالة التماثل الكبير في الكون في تلك الحقبة البعيدة.
ومع ذلك ، كان هذا هو الوقت الذي سقط فيه الكون في الظلام. على جانب واحد ، تم تمديد الإشعاع المتبقي من كرة النار البدائية بسبب التمدد الكوني نحو أطوال موجية أطول وبالتالي لم يعد قادرًا على تأين الهيدروجين. على العكس من ذلك ، تم حصره من قبل ذرات الهيدروجين التي تشكلت للتو. على الجانب الآخر ، لم يتم تكوين أي نجوم أو النجوم الزائفة حتى الآن لتضيء المساحة الشاسعة. لذلك يُطلق على هذه الحقبة الكئيبة "العصور المظلمة" إلى حد معقول. لم تتمكن الملاحظات حتى الآن من اختراق هذا العصر البعيد - فمعرفتنا لا تزال بدائية وتستند جميعها إلى الحسابات النظرية.
بعد بضع مئات من ملايين السنين ، أو على الأقل يعتقد الفلكيون ، أن بعض الأجسام الضخمة الأولى تشكلت من السحب الضخمة للغاز التي انتقلت معًا. أنتج الجيل الأول من النجوم ، وبعد ذلك إلى حد ما ، أول المجرات والكوازارات ، أشعة فوق بنفسجية مكثفة. ومع ذلك ، فإن هذا الإشعاع لا يمكن أن يسافر بعيدًا ، لأنه سيتم امتصاصه على الفور بواسطة ذرات الهيدروجين التي تم تأينها مرة أخرى في هذه العملية.
وهكذا أصبح الغاز بين المجرات يتأين مرة أخرى في المجالات المتزايدة باطراد حول المصادر المؤينة. في لحظة ما ، أصبحت هذه المجالات كبيرة جدًا لدرجة أنها تداخلت تمامًا: لقد رفع الضباب على الكون!
كانت هذه نهاية العصور المظلمة ، ومع مصطلح استعاد من تاريخ البشرية ، يشار إليه أحيانًا باسم "عصر النهضة الكونية". يصف الفلكيون أهم سمات هذه الفترة ، ويطلقون عليها أيضًا "عصر إعادة التأيين".
العثور على أكثر المجرات البعيدة باستخدام VLT
لإلقاء بعض الضوء على حالة الكون في نهاية العصور المظلمة ، من الضروري اكتشاف ودراسة المجرات البعيدة للغاية (أي الانزياح الأحمر الكبير [2]). يمكن استخدام طرق رصد مختلفة - على سبيل المثال ، تم العثور على المجرات البعيدة عن طريق التصوير ضيق النطاق (على سبيل المثال ، ESO PR 12/03) ، عن طريق استخدام الصور التي تم تعزيزها بالجاذبية من قبل مجموعات ضخمة ، وكذلك مصادفة.
استخدم ماثيو لينرت من MPE في Garching ، ألمانيا ، و Malcolm Bremer من جامعة بريستول ، المملكة المتحدة ، تقنية خاصة تستفيد من تغيير الألوان المرصودة لمجرة بعيدة ناتجة عن الامتصاص في الوسط بين المجرات المتداخلة. يمكن العثور على المجرات ذات الانزياحات الحمراء من 4.8 إلى 5.8 [2] من خلال البحث عن المجرات التي تبدو مشرقة نسبيًا في الضوء البصري الأحمر والتي تكون باهتة أو غير مكتشفة في الضوء الأخضر. تقدم مثل هذه "الفواصل" في توزيع الضوء للمجرات الفردية دليلاً قويًا على أن المجرة قد تكون موجودة في انزياح أحمر مرتفع وأن نورها بدأ في رحلتها الطويلة نحونا ، بعد حوالي 1000 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم.
لهذا ، استخدموا أولاً أداة FORS2 متعددة الأوضاع على تلسكوب VLT YEPUN الذي يبلغ طوله 8.2 متر لالتقاط صور "عميقة" للغاية من خلال ثلاثة مرشحات ضوئية (خضراء وحمراء وحمراء جدًا) لمنطقة صغيرة من السماء (40 قوس مربع ، أو حوالي 5 بالمائة من حجم البدر). كشفت هذه الصور عن حوالي 20 مجرة مع فواصل كبيرة بين المرشحات الخضراء والحمراء ، مما يشير إلى أنها كانت تقع في الانزياح الأحمر العالي. تم الحصول على أطياف هذه المجرات بنفس الأداة ، من أجل قياس انزياحاتها الحمراء الحقيقية.
يقول مالكولم بريمر: "كان مفتاح نجاح هذه الملاحظات هو استخدام كاشف جديد رائع باللون الأحمر متاح على FORS2".
أشارت الأطياف إلى أن ستة مجرات تقع على مسافات تتوافق مع الانزياحات الحمراء بين 4.8 و 5.8. المجرات الأخرى كانت أقرب. والمثير للدهشة ، ولإسعاد الفلكيين ، شوهد خط انبعاث واحد في مجرة باهتة أخرى تمت ملاحظتها عن طريق الصدفة (تصادف وجودها في إحدى شرائح FORS2) التي قد تكون موجودة على مسافة أبعد ، عند انزياح أحمر 6.6. إذا تم تأكيد ذلك من خلال الملاحظات اللاحقة الأكثر تفصيلاً ، فإن تلك المجرة ستكون منافسًا للميدالية الذهبية باعتبارها أبعد مسافة معروفة!
أقرب المجرات المعروفة
كشفت الأطياف أن هذه المجرات تشكل نجومًا بنشاط وربما لا يزيد عمرها عن 100 مليون سنة ، وربما أصغر. ومع ذلك ، تشير أعدادهم وسطوعهم الملحوظ إلى أن المجرات المضيئة في هذه الانزياحات الحمراء أقل وأقل إضاءة من المجرات المختارة المشابهة القريبة منا.
يوضح مالكوم بريمر: "تُظهر النتائج التي توصلنا إليها أن ضوء الأشعة فوق البنفسجية المركب من المجرات المكتشفة غير كافٍ لتأين الغاز المحيط بالكامل". وهذا يقودنا إلى استنتاج أنه يجب أن يكون هناك العديد من المجرات الأصغر والأقل إضاءة في منطقة الفضاء التي درسناها ، وأغمى من أن يتم اكتشافها بهذه الطريقة. يجب أن تكون هذه المجرات التي لا تزال غير مرئية التي تنبعث منها غالبية الفوتونات النشطة اللازمة لتأين الهيدروجين في الكون. "
يضيف ماثيو لينرت: "ستكون الخطوة التالية هي استخدام VLT للعثور على المزيد من المجرات الباهتة في الانزياحات الحمراء الأعلى". "مع عينة أكبر من هذه الأشياء البعيدة ، يمكننا بعد ذلك الحصول على نظرة ثاقبة عن طبيعتها وتنوع كثافتها في السماء."
العرض البريطاني الأول
الملاحظات المقدمة هنا هي من بين الاكتشافات الرئيسية الأولى من قبل العلماء البريطانيين منذ أن أصبحت المملكة المتحدة عضوًا في ESO في يوليو 2002. ريتشارد وايد من مجلس أبحاث الجسيمات الفيزيائية وعلم الفلك (PPARC) ، الذي يمول اشتراك المملكة المتحدة في ESO ، مسرور جدًا : "بالانضمام إلى المرصد الجنوبي الأوروبي ، تم منح علماء الفلك في المملكة المتحدة إمكانية الوصول إلى مرافق رائدة عالميًا ، مثل VLT. هذه النتائج الجديدة والمثيرة ، وأنا متأكد من أنه سيكون هناك المزيد في المستقبل ، توضح كيف يساهم علماء الفلك في المملكة المتحدة في الاكتشافات المتطورة ".
معلومات اكثر
النتائج الموضحة في هذا البيان الصحفي على وشك الظهور في المجلة البحثية Astrophysical Journal ("Luminous Lyman Break Galaxies at z> 5 and Source of Reionization" بقلم M. D. Lehnert و M. Bremer). وهي متاحة إلكترونياً باسم astro-ph / 0212431.
ملاحظات
[1]: هذا بيان صحفي منسق ESO / PPARC. يمكن العثور على نسخة PPARC من الإصدار هنا.
[2]: تم تنفيذ هذا العمل من قبل مالكولم بريمر (جامعة بريستول ، المملكة المتحدة) وماثيو لينرت (معهد ماكس بلانك إكستراتيريستريشي فيزيك ، جارشنج ، ألمانيا).
[3]: الانزياحات الحمراء المقاسة للمجرات في حقل بريمر العميق هي z = 4.8-5.8 ، مع انزياح أحمر واحد غير متوقع (ومثير للدهشة) يبلغ 6.6. في علم الفلك ، يشير الانزياح الأحمر إلى الكسر الذي يتم من خلاله تحويل الخطوط في طيف الجسم نحو أطوال موجية أطول. يوفر الانزياح الأحمر الملاحظ للمجرة البعيدة تقديرًا لمسافة هذه المجرة. تعتمد المسافات المشار إليها في هذا النص على عمر الكون البالغ 13.7 مليار سنة. عند الانزياح الأحمر المشار إليه ، لوحظ خط ليمان ألفا من الهيدروجين الذري (طول الموجة الباقي 121.6 نانومتر) عند 680 إلى 920 نانومتر ، أي في المنطقة الطيفية الحمراء.
المصدر الأصلي: ESO News Release
