حدد العلماء مجرة كانت، منذ أكثر من 9 مليارات سنة، قد شكلت بالفعل قرصًا نوويًا كثيفًا ودوارًا، يتكون من نجوم ظهرت حديثًا. وهذا الهيكل، وهو قرص متمركز في مركز المجرة، هو أبعد ما رصده تلسكوب ويب على الإطلاق، وهي الفترة التي كان فيها الكون حوالي ثلث إجمالي وجوده.
إن تحديد هذه المجرة يعيد تحديد التسلسل الزمني لتكوين المجرات المنظم، مما يدل على أن هذه الهياكل قد تم إنشاؤها في فترة كونية كانت تعتبر في السابق شابة ومضطربة بشكل مفرط. ويشير هذا إلى أن تنظيم وتطور النوى المجرية قد حدث في وقت أبكر بكثير مما أشارت إليه النماذج الكونية التقليدية.
مجرة CEERS-4031: تطور متسارع في الكون
تُظهر الصور التي التقطها تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) المجرة CEERS-4031 في وقت كان عمر الكون فيه حوالي 4.5 مليار سنة. ويقارن حجمها بمجرة درب التبانة من حيث عدد النجوم، ويضم مركزها قرصا نوويا قطره آلاف السنين الضوئية، يدور بسرعة ويضيء بضوء النجوم الشابة الحارة.
وترأس الفريق المسؤول عن تحديد الهوية زوي لو كونتي، باحثة الدكتوراه في جامعة دورهام بالمملكة المتحدة. ركزت مجموعته البحثية على دراسة نمو المجرة خلال الظهيرة الكونية، وهي مرحلة بعد بضعة مليارات من السنين من الانفجار الكبير تتميز بذروة تكوين النجوم. عادة، ترتبط الهياكل المرصودة مثل هذه بالمجرات الناضجة والمستقرة.
وفي رسالة إلكترونية، أوضح لو كونتي أهمية هذا الاكتشاف لفهم التطور البدائي للمجرات.
وقال لو كونتي: “إن اكتشاف القرص النووي في مثل هذه المرحلة المبكرة يغير تصورنا لتطور المجرات؛ ويشير هذا الهيكل إلى تطور متسارع للمجرة، التي وصلت إلى حالة أكثر تقدما من النضج”.
تفاصيل حول مدى تعقيد القرص النووي لـ CEERS-4031
وفي المجرات الأقرب إلى الأرض، تتركز أقراص مماثلة في مراكز الهياكل الكبيرة، وتعمل كأنظمة مدمجة ومستقلة، يبلغ قطرها بضعة آلاف من السنين الضوئية فقط. يثبت القرص الموجود في CEERS-4031 أنه واسع النطاق مثل العديد من الأمثلة التي تم رصدها في الكون القريب ويظهر نشاطًا مكثفًا لتكوين النجوم.
يتطلب تحديد القرص عملية شاقة لعزله عن التوهج الشديد لنواة المجرة. قام الفريق بتحسين صور جيمس ويب، والقضاء على التوهج المركزي الناعم، وبعد ذلك قام بنمذجة اللمعان المتبقي. وكانت الحافة الخارجية للقرص ذات لون مزرق، وهو مؤشر نموذجي للنجوم التي ولدت للتو، على غرار ما لوحظ في أقراص المجرة الأقرب.
كانت مجرة CEERS-4031 معروفة بالفعل لفريق لو كونتي. وكانت الأبحاث السابقة قد صنفتها ضمن المجرات البعيدة التي تحتوي على شريط نجمي، وهو شريط مستقيم واسع من النجوم يعمل على نقل المواد إلى مركز المجرة.
فهم عملية تكوين القضبان النجمية في المجرات
وفي مجرة CEERS-4031، يمتد الشريط حوالي 17 ألف سنة ضوئية من النواة إلى أطرافه. أثناء دوران المجرة، يقوم هذا الشريط بتوجيه الغاز نحو الداخل، مما يؤدي إلى تراكمه في المنطقة الوسطى.
يتم تركيز هذا الغاز، المندفع إلى الداخل، ثم يبرد، مكونًا خزانًا. وعندما تصل إلى كثافة كافية، فإنها تؤدي إلى انفجارات مكثفة لتكوين النجوم. وبمرور الوقت، ينظم الغاز المتراكم نفسه في قرص نووي دوار، ويتوسع مع إضافة مادة جديدة تدريجيًا على مسافات متزايدة من المركز.
وفي المجرات المعاصرة، يحدث تكوين النجوم، بوساطة القضبان، تدريجيًا على مدى مليارات السنين، وهي ظاهرة تعرف لدى علماء الفلك بالتطور العلماني. وفي هذه العملية، تعيد النجوم والغاز تنظيم نفسها بطريقة لطيفة، على عكس الاصطدامات والاندماجات العنيفة الشائعة في الكون المبكر.
يعرض قرص هذه المجرة البعيدة نفس التفاصيل المعقدة الموجودة في نظيراتها الحديثة. حدد فريق البحث أيضًا قضيبًا ثانيًا أصغر وزوجًا من الأذرع الحلزونية المتموجة التي تتشابك في الهيكل، وهي عناصر من المفترض أنها توجه المزيد من الغاز نحو المركز.
تعتبر الهياكل الأساسية الموجودة في وسط المجرة هي الأكثر ضخامة. وأوضح لو كونتي: “لقد اكتشفنا أدلة على وجود أذرع حلزونية نووية وربما قضيب نووي، وهي هياكل يمكن أن تغذي الثقب الأسود الهائل في المجرة وتؤثر على تطورها بشكل كبير”.
يكتشف تلسكوب ويب التكوينات النجمية في المجرات الصغيرة
لقد قام تلسكوب جيمس ويب بالفعل بتحويل جزء من المعرفة حول هذه المنطقة. كشفت دراسة سابقة، استخدمت مستشعر الأشعة تحت الحمراء عالي الدقة، عن وجود خطوط عابرة للمجرات في كون يبلغ عمره بضعة مليارات من السنين فقط، وهي فترة أقدم بكثير مما تمكنت التلسكوبات السابقة من رصده.
إن تحديد هذه القضبان البدائية يمثل بالفعل إنجازًا. كانت القدرة على اللحاق بأحدهم أثناء العملية النشطة لبناء هياكل جديدة بمثابة تقدم غير مسبوق حتى ذلك الحين. القرص الذي لوحظ في CEERS-4031 كبير الحجم مقارنة بالشريط الذي يغذيه، مما يشير إلى التدفق السريع وتراكم الغاز، وليس التطور البطيء على مر العصور.
أدى هذا الاكتشاف إلى مقارنة لا مفر منها. وقد وثقت أبحاث أخرى بالفعل مجرة منعزلة أبعد، كانت تسحب الغاز إلى داخلها بمعدل أعلى بعشر مرات من أسرع المجرات المقيدة القريبة. وقرر الفريق الحالي أن CEERS-4031، على الرغم من أنه يتشكل بسرعة، إلا أنه لا يظهر مثل هذا السلوك العدواني.
ما فاجأ العلماء حقًا هو سرعة العملية. تحدث تشكيلات معينة تروج لها القضبان بوتيرة متسارعة، مما يزيل الغموض عن فكرة أنها ستقتصر على فترات “التطور العلماني” الهادئ.
الخطوات التالية في البحث عن أقراص المجرة المبكرة
في الوقت الذي كان عمر الكون 4.5 مليار سنة، كانت القضبان تمارس بالفعل تأثيرًا كبيرًا، حيث أعادت تشكيل المجرات داخليًا وبناء المراكز الكثيفة المرصعة بالنجوم التي نلاحظها اليوم. يرفع هذا الاكتشاف الفرضية حول الوظيفة الأساسية للقضبان إلى حقيقة مؤكدة بشكل مباشر.
يعد الحجم الكبير لهذا القرص أحد العوامل التي جعلت اكتشافه بواسطة جيمس ويب ممكنًا؛ ولا تزال الهياكل الأصغر الموجودة على مسافات مماثلة تتجاوز قدرات التلسكوب الحالية. ومن المتوقع أن تكون المراصد الأكثر تقدمًا، والتي هي قيد الإنشاء حاليًا، قادرة على التعرف عليها، مما يكشف عن التردد الذي اعتمدت به المجرات هذا المسار التطوري في مراحلها الأولية.
يعد تحليل هذا القرص جزءًا من جهد أوسع لرسم خريطة للتكوينات النجمية للمجرات البعيدة. وقال لو كونتي في بيان: “هدفنا هو فهم كيف يبدأ تكوين القضبان وكيف تؤثر خصائصها على تطور المجرة”.
بالنسبة للباحثين الذين يدرسون تكوين المجرات مثل درب التبانة، فإن هذا الاكتشاف يعيد تعريف التسلسل الزمني المحدد تمامًا. وذلك لأن مراكز المجرات المنظمة والثقوب السوداء التي تؤويها لم تظهر فقط في كون هادئ وناضج، ولكنها كانت بالفعل في طور التشكل في كون لا يزال شابًا وديناميكيًا.
