طفرة المواليد في المجرة J1148 + 5251

نواة المجرة كخلايا جرثومية لتشكيل النجوم

في المنطقة Orion-KL في Orion Nebula (الإطار الأسود) ، يشبه نشاط تكوين النجوم النشاط في المنطقة الوسطى من J1148 + 5251 - ولكن يقتصر على حجم أصغر بكثير. © وكالة ناسا / وكالة الفضاء الأوروبية / روبيرتو (STScI / وكالة الفضاء الأوروبية) / فريق مشروع أوريون الخزانة
قراءة بصوت عال

في أوائل الكون ، كان هناك الكثير من المتاعب: لاحظ علماء ماكس بلانك معدل انفجار كبير للولادات النجمية في قلب مجرة ​​بعيدة وشابة. كل عام ، يتم إنشاء النجوم هناك مع كتلة إجمالية أكثر من 1000 كتلة شمسية. من الواضح أن مثل هذه المناطق الصغيرة نسبيًا في نواة المجرة هي الخلايا الجرثومية لتشكيل النجوم ، وفقًا لما ذكره الباحثون في المجلة العلمية Nature.

المجرات ، درب التبانة وأقاربه الكونية ، هي مئات المليارات من النجوم. لكن كيف وُلدت هذه النظم العملاقة ذات مرة؟ في البداية ، فقط منطقة مركزية مع النجوم ، والتي نمت مع مرور الوقت؟ أو هل تشكلت النجوم بشكل موحد خلال الحجم الحالي للمجرة؟ قطع فريق دولي بقيادة علماء من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك شوطًا طويلاً نحو الإجابة على هذه الأسئلة.

وقت السفر 12.8 مليار سنة

درس الباحثون واحدة من أكثر المجرات النشطة المعروفة البعيدة ، وهي كوازار يسمى J1148 + 5251. يصل ضوء هذه المجرة إلى الأرض فقط بعد وقت سفر يبلغ 12.8 مليار سنة. لذلك تظهر الملاحظات هذا الشيء كما فعل قبل 12.8 مليار سنة - أقل من مليار سنة بعد الانفجار الأعظم الذي أتاح الفضاء للعالم.

مع مقياس التداخل IRAM ، وهو تلسكوب إذاعي ألماني فرنسي إسباني ، قدم العلماء دليلًا على أنه في وقت J1148 + 5251 تم تشكيل العديد من النجوم - بالسرعة التي تسمح بها قوانين الفيزياء. على عكس القياسات السابقة ، كان من الممكن أيضًا تحديد مدى منطقة تشكيل النجوم: فهو لا يتجاوز 5000 سنة ضوئية.

يقول فابيان والتر ، العالم في معهد ماكس بلانك للفلك والمؤلف الرئيسي للمقالة في نيتشر: "تنتج هذه المجرة نجومًا يبلغ مجموع كتلها أكثر من 1000 كتلة شمسية كل عام ، وهذا على مساحة صغيرة نسبيًا للظروف الفلكية". للمقارنة: إذا لخصت كل النجوم التي ولدت في درب التبانة ، تتم إضافة كتلة شمس واحدة فقط كل عام. عرض

من الصعب على الحد المادي

حقيقة أن كميات كبيرة من النجوم تتشكل في المجرات الصغيرة قد أظهرت بالفعل من خلال الملاحظات السابقة. في قياساتها الجديدة ، تمكن والتر وزملاؤه أيضًا من تحديد مدى تكوين النجوم. كانت هذه القيمة - حوالي 5000 سنة ضوئية - هي التي سمحت لعلماء الفلك بتقدير معدلات تكوين النجوم لكل حجم ومقارنتها بالموديلات بالإضافة إلى مناطق تشكيل النجوم النشطة بشكل خاص في مجرتنا.

صورة زائفة بالألوان للمجرة J1148 + 5251 مأخوذة بالتلسكوبات الراديوية في مجموعة كبيرة جدًا في نيو مكسيكو. NRAO / AUI / NSF

مع النشاط المقاس ، تصل مناطق تشكيل النجوم في الكوازار J1148 + 5251 إلى حدود المسموح به جسديًا. يولد النجوم عندما تنهار السحب الكونية من الغبار والغاز وتسخن تحت تأثير الجاذبية. لكن الإشعاع الناتج يؤدي إلى تفكيك السحب الغازية والغبارية وتعقيد المزيد من الانهيار وتكوين نجوم جديدة. ينتج عن هذا الحد الأعلى لعدد النجوم في منطقة معينة من الفضاء يمكن أن تنشأ خلال فترة زمنية معينة.

وبالضبط تم الوصول إلى هذا الحد العلوي في منطقة النجوم التي تمت ملاحظتها الآن. في درب التبانة ، توجد مثل هذه الظروف القاسية فقط في مناطق أصغر بكثير ، مثل أجزاء من سديم أوريون. "ما لاحظناه يعادل مجموعة من 100 مليون منطقة أوريون" ، يوضح والتر. تمكن الباحثون من إثبات ذلك لأول مرة على المقاييس المجرية - في تناقض مع بعض التقديرات السابقة ، والتي وصلت إلى حد أدنى عشرة أضعاف للحد الأقصى لمعدل تكوين النجوم في المجرات.

من الداخل الى الخارج

الكثير من النشاط في مثل هذه المساحة الصغيرة له أهمية لسبب آخر أيضًا: من الواضح أن تراكم النجوم في هذه المجرة ينشأ من الداخل. لأنه في البداية لا يوجد سوى منطقة أساسية واحدة تتشكل فيها العديد من النجوم. في غضون الوقت فقط ، تزداد المنطقة المركزية المليئة بالنجوم - على سبيل المثال ، من خلال التصادم والاندماج مع المجرات الأخرى - وتصل إلى المدى غير المتكافئ الموجود بشكل مميز في المجرات القديمة. هذه النتيجة هي بالتالي ذات أهمية كبيرة للنمذجة النظرية لتطور المجرة.

لوضع نموذج حقيقي للمنطقة الوسطى من المجرة البعيدة ، كان على الباحثين التغلب على بعض الصعوبات: المجرة تبعد ما يقرب من 13 مليار سنة ضوئية - قيمة الانزياح نحو الأحمر = 6.42 - وفي هذه المسافة الضخمة ، تظهر منطقة تشكيل النجوم بزاوية 0 فقط ، 27 ثانية قوسية - كبيرة مثل عملة واحدة يورو ينظر من حوالي 18 كيلومترا بعيدا. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تصوير التفاصيل الدقيقة عند الطول الموجي المناسب لمراقبة مناطق تكوين النجوم (حوالي ملليمتر واحد) هو أصعب بكثير من الضوء المرئي.

في الطول الموجي الصحيح

أخيرًا ، ساعد الباحثون بالصدفة: على الأقل على تردد معين ، والذي يتميز بذرات الكربون المؤين ، تطغى المناطق المكونة للنجوم على النواة النشطة والمشرقة في J1148 + 5251. بفضل تمدد الكون ، يصل هذا الإشعاع إلى الأرض في شكل موجات لاسلكية ، والتي يمكن اكتشافها بواسطة التلسكوبات المناسبة. أحد هذه الأدوات هو مقياس التداخل IRAM ، وهو تلسكوب راديوي مركب على هضبة بوري في جبال الألب الفرنسية.

تعد القياسات في هذه الأداة مهمة أيضًا كحالة اختبار لمشاريع التلسكوب المستقبلية ، خاصةً في ALMA (مجموعة Atacama Large Millimeter Array) قيد الإنشاء في شمال تشيلي. إن استخدام خط الكربون الأحادي يمكن استخدامه للكشف عن مناطق تشكيل النجوم في المجرات البعيدة ورسم خريطة لها هو شرط أساسي لبرنامج الرصد ALMA المخطط له. باستخدام القياسات الموضحة هنا ، تم عرض هذه التقنية الآن عمليًا لأول مرة.

والتر: "إن دراسة المجرات في المرحلة المبكرة من التطور الكوني ، بعد حوالي مليار سنة من الانفجار الكبير ، ستكون مجالًا رئيسيًا للبحث في علم الفلك في السنوات القليلة المقبلة. تفتح قياساتنا طريقة جديدة لوصف تكوين النجوم في الكون الشاب ".

(Max Planck Society، 06.02.2009 - DLO)