كشف ويب عن تشكيل مفاجئ لعنقود مجري ضخم

توصل علماء الفلك الذين يبحثون في بداية الكون إلى اكتشاف مفاجئ باستخدام NASA/ESA/CSA جيمس ويب تليسكوب الفضاء. لقد كشفت قدرات ويب الطيفية، بالإضافة إلى حساسيته للأشعة تحت الحمراء، عن مجموعة من المجرات الضخمة في طور التكوين حول كوازار شديد الأحمر. وستعمل النتيجة على توسيع فهمنا لكيفية اندماج المجرات في الكون المبكر في الشبكة الكونية التي نراها اليوم.

الكوازار المعني، SDSS J165202.64+172852.3، هو كوازار "أحمر للغاية" موجود في العصور المبكرة جدًا. الكون، قبل 11.5 مليار سنة. الكوازارات هي نوع نادر ومشرق بشكل لا يصدق من نواة المجرة النشطة (AGN). يعد هذا الكوازار واحدًا من أقوى النوى المجرية المعروفة التي شوهدت على هذه المسافة القصوى. وتكهن علماء الفلك بأن الانبعاث الشديد للكوازار يمكن أن يسبب "رياحًا مجرية"، مما يدفع الغاز الحر إلى خارج المجرة المضيفة وربما يؤثر بشكل كبير على المستقبل. ★ تشكيل هناك.

AGN هي منطقة مدمجة في مركز المجرة، والتي تنبعث منها ما يكفي من الإشعاع الكهرومغناطيسي لتتفوق على جميع نجوم المجرة. يتم تشغيل النوى المجرية النشطة، بما في ذلك النجوم الزائفة، عن طريق سقوط الغاز في كتلة هائلة الثقب الأسود في وسط مجرتهم. عادةً ما تبعث هذه المجرات كميات هائلة من الضوء عبر جميع الأطوال الموجية، لكن قلب المجرة هذا ينتمي إلى فئة حمراء غير عادية. بالإضافة إلى لونها الأحمر الجوهري، تعرض ضوء المجرة لمزيد من الانزياح الأحمر بسبب المسافة الشاسعة. وهذا ما جعل ويب، الذي يتمتع بحساسية لا مثيل لها في الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء، مناسبًا تمامًا لفحص المجرة بالتفصيل.

للتحقيق في حركة الغاز والغبار والمواد النجمية في المجرة، استخدم الفريق مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRSpec) الخاص بالتلسكوب. يمكن لهذه الأداة القوية جمع الأطياف عبر مجال رؤية التلسكوب بالكامل في وقت واحد، بدلاً من جمع الأطياف من نقطة واحدة فقط في كل مرة، وهي تقنية تُعرف باسم التحليل الطيفي لوحدة المجال المتكاملة (IFU). وقد مكنهم ذلك من فحص الكوازار في نفس الوقت Galaxy والمناطق المحيطة بها على نطاق أوسع.

كان التحليل الطيفي حاسمًا لفهم حركة التدفقات الخارجية والرياح المختلفة المحيطة بالكوازار. تؤثر حركات الغازات على الضوء الذي تنبعث منه وتعكسه، مما يؤدي إلى تحوله إلى اللون الأحمر أو الأزرق بما يتناسب مع سرعته واتجاهه. وتمكن الفريق من رؤية وتوصيف هذه الحركة من خلال التتبع المتأين أكسجين في أطياف NIRSpec. كانت ملاحظات IFU مفيدة بشكل خاص، حيث استفاد الفريق استفادة كاملة من القدرة على جمع الأطياف من منطقة واسعة حول الكوازار نفسه.

الدراسات السابقة التي أجراها، من بين أمور أخرى، وكالة ناسا/ESA لفت تلسكوب هابل الفضائي وأداة مطياف المجال المتكامل للأشعة تحت الحمراء القريبة على تلسكوب جيميني نورث الانتباه إلى التدفقات الخارجية القوية للكوازار، وتكهن علماء الفلك بأن المجرة المضيفة لها يمكن أن تندمج مع شريك غير مرئي. لكن الفريق لم يكن يتوقع أن تشير بيانات NIRSpec الخاصة بـ Webb بوضوح إلى أنهم لم يكونوا ينظرون إلى مجرة ​​واحدة فقط، بل إلى ثلاث مجرات أخرى على الأقل تدور حولها. بفضل أطياف IFU على مساحة واسعة، يمكن رسم خرائط لحركات كل هذه المواد المحيطة، مما أدى إلى استنتاج مفاده أن SDSS J165202.64+172852.3 كان في الواقع جزءًا من عقدة كثيفة من تكوين المجرة.

"هناك عدد قليل من العناقيد المجرية الأولية المعروفة في هذا الوقت المبكر. من الصعب العثور عليها، وعدد قليل جدًا منها كان لديه الوقت الكافي للتشكل منذ الانفجار الكبير. وقالت عالمة الفلك دومينيكا ويليزاليك من جامعة هايدلبرغ في ألمانيا، الذي قاد الدراسة في هذا الشأن كوازار. "قد يساعدنا هذا في النهاية على فهم كيفية تطور المجرات في البيئات الكثيفة... إنها نتيجة مثيرة."

باستخدام ملاحظات IFU من NIRSpec، تمكن الفريق من تأكيد ثلاثة رفاق مجريين لهذا الكوازار وإظهار كيفية ارتباطهم. تشير بيانات الأرشيف من هابل إلى أنه قد يكون هناك المزيد. أظهرت الصور المأخوذة من كاميرا هابل واسعة المجال 3 مادة ممتدة تحيط بالكوازار ومجرته، مما دفعه إلى اختياره لهذه الدراسة حول تدفقه إلى الخارج والتأثيرات على مجرته المضيفة. الآن، يشتبه الفريق في أنهم ربما كانوا ينظرون إلى قلب مجموعة كاملة من المجرات، والتي تم الكشف عنها الآن فقط من خلال تصوير ويب الواضح.

"لقد كشفت نظرتنا الأولى للبيانات بسرعة عن علامات واضحة على تفاعلات كبيرة بين المجرات المجاورة." عضو الفريق المشترك أندري فاينر جامعة جونز هوبكنز في بالتيمور، الولايات المتحدة الأمريكية. "لقد ظهرت حساسية أداة NIRSpec على الفور، وكان من الواضح بالنسبة لي أننا في عصر جديد من التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء."

تدور المجرات الثلاث المؤكدة حول بعضها البعض بسرعات عالية بشكل لا يصدق، مما يشير إلى وجود قدر كبير من الكتلة. عند دمجها مع مدى قربها من المنطقة المحيطة بهذا الكوازار، يعتقد الفريق أن هذا يمثل واحدة من أكثر المناطق المعروفة كثافة لتكوين المجرات في أوائل الكون. الكون. "حتى العقدة الكثيفة من المادة المظلمة ليست كافية لتفسير ذلك" يقول ويليزاليك. "نعتقد أننا يمكن أن نرى منطقة تندمج فيها هالتان ضخمتان من المادة المظلمة معًا."

الدراسة التي أجراها فريق ويليزاليك هي جزء من تحقيقات ويب في بدايات الكون. بفضل قدرته غير المسبوقة على النظر إلى الوراء في الوقت المناسب، يتم بالفعل استخدام التلسكوب للتحقيق في كيفية تشكل المجرات الأولى وتطورها، وكيف تشكلت الثقوب السوداء وأثرت على بنية الكون. يخطط الفريق لملاحظات المتابعة في هذا العنقود المجري الأولي غير المتوقع، ويأمل في استخدامه لفهم كيفية تشكل مجموعات المجرات الكثيفة والفوضوية مثل هذه، وكيف تتأثر بالثقب الأسود النشط وفائق الكتلة الموجود في قلبها.

إنهم يهدفون أولًا إلى العودة إلى مسألة الرياح المجرية وردود أفعال النجوم الزائفة. منذ فترة طويلة يشتبه في أن النجوم الزائفة هي السبب في انخفاض تكوين النجوم في المجرات المضيفة لها من خلال آلية التغذية الراجعة هذه، ولكن كان من الصعب الحصول على دليل قاطع للربط بين الاثنين. الملاحظات الحالية هي الأولى فقط في مجموعة ستدرس ثلاثة كوازارات مع ويب، كل منها في أوقات مختلفة في ماضي الكون.

"إن فصل الضوء الساطع بشكل لا يصدق لكوازار بعيد عن المضيف الخافت ورفاقه يكاد يكون مستحيلاً من الأرض. إن الكشف عن تفاصيل الرياح المجرية التي قد تنتج ردود فعل هو أمر أكثر صعوبة. عضو الفريق المشترك ديفيد روبكي من كلية رودس في ممفيس، الولايات المتحدة الأمريكية. "والآن مع ويب، يمكننا أن نرى بالفعل أن هذا يتغير."

تم الانتهاء من هذا البحث كجزء من برامج Webb’s Early Release Science (ERS). تتم هذه الملاحظات خلال الأشهر الخمسة الأولى من عمليات ويب العلمية. ملاحظات ويب التي أسفرت عن هذه النتيجة مأخوذة من برنامج ERS رقم 5.

مرجع المجلة

1. دومينيكا ويليزاليك، أندري فاينر، ديفيد إس إن روبكي، نادية إل. زكامسكا، سيلفان فيلو، يوزو إيشيكاوا، كارولين بيرتيميس، ويزهي ليو، خورخي ك. باريرا-باليستيروس، هسياو-وين تشين، أندي دي جولدينج، جيني إي. جرين، كيفن إن هاينلاين، نورا لوتزجيندورف، فريد هامان، تيموثي هيكمان، شون دي جونسون، ديتر لوتز، فينسينزو ماينيري، روبرتو مايولينو، نيكول بي إتش نيسفادبا، باتريك أوجل، إيكهارد شتورم. النتائج الأولى من برنامج JWST للإصدار العلمي المبكر Q3D: الأوقات المضطربة في حياة الكوازار z∼3 شديد الأحمر الذي كشفت عنه NIRSpec IFU. الفيزياء الفلكية للمجرات (astro-ph.GA)؛ علم الكونيات والفيزياء الفلكية غير المجرية (astro-ph.CO). أرخايف: 2210.10074 [الفلكية-ph.GA]