مفارقة النجوم الغنية بالمعادن في الكون المبكر  

أدت دراسة الصورة التي التقطها تلسكوب جيمس ويب الفضائي إلى اكتشاف مجرة ​​في الكون المبكر بعد حوالي مليار عام من الانفجار العظيم، والتي يُعزى توقيعها الضوئي إلى غازها السديمي الذي يفوق سطوع نجومها. تسمى المجرة الآن GS-NDG-9422، وهي معقدة كيميائيًا ولا تحتوي على نجوم من النوع الثالث. وبالمثل، تم العثور على المجرة الأكثر بعدًا JADES-GS-z14-0 التي تشكلت في الكون المبكر بعد حوالي 290 مليون عام من الانفجار العظيم تحتوي على معادن. وفقًا للفهم الحالي، يجب أن تكون الجيل الأول من نجوم الكون المبكر نجومًا من النوع الثالث بدون معدنية. في علم الفلك، يُعتبر أي عنصر أثقل من الهيليوم معدنًا. المواد الكيميائية غير المعدنية مثل الأكسجين والنيتروجين وما إلى ذلك هي معادن في السياق الكوني. تصبح النجوم غنية بالمعادن في كل جيل بعد حدث المستعر الأعظم.   

باستخدام صورة تم التقاطها بواسطة جهاز NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) التابع لتلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، تمكن الباحثون من تحديد مجرة ​​فريدة من نوعها من الكون المبكر عند انزياح أحمر يبلغ Z= 5.943، وهو ما يتوافق مع ما يقرب من مليار سنة بعد الانفجار العظيم. وقد تكون هذه المجرة، التي أطلق عليها الآن اسم GS-NDG-9422، حلقة مفقودة في تطور المجرة بين النجوم الأولى في الكون والمجرات الراسخة. 

تتميز صورة النقاط الخافتة للمجرة GS-NDG-9422 بتوقيع ضوئي فريد. مصدر الضوء الذي نراه في الصورة هو الغاز الساخن للمجرة. لم يأت الضوء من نجومها.  

على عكس النجوم الضخمة في كوننا المحلي الذي تتراوح درجة حرارته بين 40,000 ألف إلى 50,000 ألف درجة مئوية، فإن النجوم في مجرة ​​GS-NDG-9422 شديدة الحرارة. وربما كانت هذه المجرة في مرحلة تكوين النجوم داخل سديم غازي كثيف ينتج عددًا كبيرًا من النجوم الضخمة الساخنة عندما غادر الضوء هذه المجرة منذ حوالي 12.8 مليار سنة ليصل إلى تلسكوب جيمس ويب الآن. وتتوافق الملاحظة مع النموذج الحاسوبي الذي يفيد بأن القصف المستمر للغاز السديمي بواسطة فوتونات النجوم الساخنة أدى إلى تسخين الغاز السديمي إلى أكثر من 80,000 ألف درجة مئوية مما مكنه من التألق بشكل أكثر سطوعًا في ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة من النجوم.  

إن المجرة التي يهيمن عليها ضوء السديم (بدلاً من ضوء النجوم) تتوافق مع بيئات الجيل الأول من نجوم الكون المبكر. النجوم في مثل هذه المجرات هي نجوم Pop. III بدون أي معدنية. ومع ذلك، من المدهش أن المجرة GS-NDG-9422 لا تحتوي على نجوم Pop. III. تُظهر بيانات JWST أن GS-NDG-9422 معقدة كيميائيًا.  

إن حالة المجرة الأبعد JADES-GS-z14-0 والتي تشكلت في الكون المبكر بعد حوالي 290 مليون سنة من الانفجار العظيم لا تزال أكثر حيرة. من المفترض أن تكون النجوم في هذه المجرة نجوم Pop. III بدون أي معدنية، إلا أن دراسة خصائص الأشعة تحت الحمراء لمجرة JADES-GS-z14-0 تكشف عن وجود الأكسجين مما يعني إثراء المعادن مما يعني أن أجيالاً من النجوم لابد وأن تكون قد أكملت دورات حياتها بالفعل.  

النجوم الأولى في الكون خالية من المعادن أو تحتوي على نسبة منخفضة للغاية من المعادن. وتسمى نجوم Pop III (أو نجوم Population III). والنجوم منخفضة المعادن هي نجوم Pop II. والنجوم الشابة تحتوي على نسبة عالية من المعادن وتسمى "نجوم Pop I" أو نجوم المعدن الشمسي. ومع نسبة معدنية عالية نسبيًا تبلغ 1.4%، فإن الشمس هي نجم حديث. وفي علم الفلك، يُعتبر أي عنصر أثقل من الهيليوم معدنًا. والمواد الكيميائية غير المعدنية مثل الأكسجين والنيتروجين وما إلى ذلك هي معادن في السياق الكوني. تصبح النجوم غنية بالمعادن في كل جيل بعد حدث المستعر الأعظم. وتشير زيادة محتوى المعادن في النجوم إلى صغر سنها. 

*** 

المراجع:  

1. كاميرون ايه جيه، وآخرون 2024. المجرات التي تهيمن عليها السديم: رؤى حول دالة الكتلة الأولية النجمية عند انزياح أحمر مرتفع. نُشر: 21 يونيو 2024. الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية، المجلد 534، العدد 1، أكتوبر 2024، الصفحات 523-543، DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stae1547 

2. أخبار ناسا – في مجرة ​​غريبة، يكتشف تلسكوب ويب التابع لناسا رابطًا مفقودًا محتملًا للنجوم الأولى. متاح على  https://science.nasa.gov/missions/webb/in-odd-galaxy-nasas-webb-finds-potential-missing-link-to-first-stars/  

3. براساد يو، 2024. الكون المبكر: أبعد مجرة ​​"JADES-GS-z14-0" تتحدى نماذج تكوين المجرات. مجلة ساينتفيك يوروبيان. نُشر في 12 أغسطس 2024. متاح على http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/early-universe-the-most-distant-galaxy-jades-gs-z14-0-challenges-galaxy-formation-models/ 

***