هذا المقال هو منشور ضيف لآنا هو ، التي تجري حاليًا أبحاثًا حول النجوم في درب التبانة من خلال منحة فولبرايت الدراسية لمدة عام واحد في معهد ماكس بلانك لعلم الفلك (MPIA) في هايدلبرغ ، ألمانيا.
في درب التبانة ، يولد في المتوسط سبع نجوم جديدة كل عام. في المجرة البعيدة GN20 ، يولد في كل عام متوسط مذهل يبلغ 1،850 نجمًا جديدًا. قد تسأل ، "ساخطًا" ، ساخطًا نيابة عن منزلنا المجري: "هل تدير GN20 1،850 نجمًا جديدًا في الوقت الذي تستغرق فيه درب التبانة لإخراج نجم؟
للإجابة على هذا ، من الأفضل أن نلقي نظرة مفصلة على الحضانات النجمية في GN20 ، ونلقي نظرة مفصلة على الحضانات النجمية في درب التبانة ، ونرى ما يجعل الأول أكثر إنتاجية بكثير من الأخير.
لكن GN20 ببساطة بعيدة جدًا لإلقاء نظرة تفصيلية.
هذه المجرة بعيدة جدًا لدرجة أن ضوءها استغرق اثني عشر مليار عام للوصول إلى مقاريبنا. كمرجع ، يبلغ عمر الأرض نفسها 4.5 مليار سنة فقط ويعتقد أن الكون نفسه يبلغ من العمر حوالي 14 مليار سنة. نظرًا لأن الضوء يستغرق وقتًا في السفر ، فإن النظر عبر الفضاء يعني النظر إلى الوراء عبر الزمن ، لذا فإن GN20 ليست مجرد مجرة بعيدة ، ولكنها أيضًا مجرة قديمة جدًا. وحتى وقت قريب ، كانت رؤية الفلكيين لهذه المجرات القديمة البعيدة ضبابية.
ضع في اعتبارك ما يحدث عند محاولة تحميل فيديو مع اتصال إنترنت بطيء ، أو عند تنزيل صورة منخفضة الدقة ثم توسيعها. الصورة منقطة. ما كان يومًا وجه الشخص يصبح مربعات قليلة: زوجان من المربعات البنية للشعر ، ومربعات وردية للوجه. تجعل الصورة منخفضة الوضوح من المستحيل رؤية التفاصيل: العيون والأنف وتعبير الوجه.
للوجه تفاصيل كثيرة ، وللمجرة العديد من المشاتل النجمية المتنوعة. لكن الدقة الضعيفة ، نتيجة لمجرد حقيقة أن المجرات القديمة مثل GN20 مفصولة عن مقاريبنا بمسافات كونية شاسعة ، أجبر الفلكيين على طمس كل هذه المعلومات الغنية معًا في نقطة واحدة.
الوضع مختلف تمامًا هنا في المنزل في درب التبانة. استطاع علماء الفلك التحديق عميقًا في المشاتل النجمية ومشاهدة الولادة النجمية بتفاصيل مذهلة. في عام 2006 ، أخذ تلسكوب هابل الفضائي هذه اللقطة التفصيلية غير المسبوقة للولادة النجمية في قلب سديم الجبار ، أحد أشهر مشاتل درب التبانة النجمية:
يوجد في هذه الصورة أكثر من 3000 نجمة: النقاط المضيئة هي نجوم حديثة الولادة ظهرت مؤخراً من شرانقها. شرانق النجوم مصنوعة من الغازات: آلاف هذه الشرانق الغازية تقع في مشاتل كونية هائلة ، غنية بالغاز والغبار. إن المنطقة المركزية من صورة هابل هذه ، والمحاطة بما يشبه الفقاعة ، واضحة ومشرقة للغاية لأن النجوم الضخمة الموجودة داخلها أبعدت الغبار والغازات التي تم تشكيلها منها. تنتشر مشاتل ماجستيك النجمية في جميع أنحاء درب التبانة ، وقد نجح علماء الفلك في فكها من أجل فهم كيفية صنع النجوم.
مكنت مراقبة الحضانات هنا في المنزل وفي المجرات القريبة نسبيًا علماء الفلك من تحقيق قفزات كبيرة في فهم الولادة النجمية بشكل عام: وعلى وجه الخصوص ، ما الذي يجعل حضانة واحدة ، أو منطقة تكوين نجمة واحدة ، "أفضل" في بناء النجوم من أخرى. يبدو أن الجواب: مقدار الغاز الموجود في منطقة معينة. المزيد من الغازات ، معدل ولادة النجوم بشكل أسرع. تسمى هذه العلاقة بين كثافة الغاز ومعدل الولادة النجمية قانون Kennicutt-Schmidt. في عام 1959 ، طرح عالم الفلك الهولندي مارتن شميت سؤالًا حول كيفية تأثير زيادة كثافة الغاز بالضبط على ولادة النجوم ، وبعد أربعين عامًا ، في توضيح لكيفية امتداد الحوارات العلمية لعقود ، استخدم زميله الأمريكي روبرت كينيكت بيانات من 97 مجرة للإجابة عليه. .
يعد فهم قانون Kennicutt-Schmidt أمرًا حاسمًا لتحديد كيفية تشكل النجوم وحتى كيفية تطور المجرات. أحد الأسئلة الأساسية هو ما إذا كانت هناك قاعدة واحدة تحكم جميع المجرات ، أو ما إذا كانت هناك قاعدة واحدة تحكم مجرتنا المجرة ، ولكن هناك قاعدة مختلفة تحكم المجرات البعيدة. على وجه الخصوص ، يبدو أن عائلة من المجرات البعيدة تعرف باسم "المجرات النجميّة" تحتوي على مشاتل منتجة بشكل خاص. تشريح هذه المصانع النجمية البعيدة ذات الكفاءة العالية يعني فحص المجرات كما كانت في الماضي ، بالقرب من بداية الكون.
أدخل GN20. GN20 هي واحدة من ألمع هذه المجرات النجمية وأكثرها إنتاجية. في السابق ، كانت نقطة بكسل في صور الفلكيين ، أصبحت GN20 مثالاً على التحول في القدرة التكنولوجية.
في ديسمبر 2014 ، تمكن فريق دولي من علماء الفلك بقيادة الدكتورة جاكلين هودج من المرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي في الولايات المتحدة الأمريكية ، والذي يضم فلكيين من ألمانيا والمملكة المتحدة وفرنسا والنمسا ، من تكوين صورة مفصلة بشكل غير مسبوق عن مشاتل ممتازة في GN20. تم نشر نتائجهم في وقت سابق من هذا العام.
المفتاح هو تقنية تسمى قياس التداخل: مراقبة كائن واحد مع العديد من التلسكوبات ، وجمع المعلومات من جميع التلسكوبات لإنشاء صورة واحدة مفصلة. استخدم فريق الدكتور هودج بعضًا من أكثر مقاييس التداخل تعقيدًا في العالم: Karl G. Jansky Large Large Array (VLA) في صحراء نيو مكسيكو ، و Plateau de Bure Interferometer (PdBI) على ارتفاع 2550 مترًا (8370 قدمًا) فوق البحر مستوى في جبال الألب الفرنسية.
باستخدام البيانات من مقاييس التداخل هذه بالإضافة إلى تلسكوب هابل الفضائي ، حولوا ما كان يُعتبر نقطة واحدة إلى الصورة المركبة التالية:
هذه صورة ملونة زائفة ، وكل لون يرمز إلى مكون مختلف للمجرة. الأزرق هو ضوء فوق بنفسجي ، تم التقاطه بواسطة تلسكوب هابل الفضائي. الأخضر هو غاز جزيئي بارد ، يتم تصويره بواسطة VLA. والأحمر هو غبار دافئ ، يسخنه تكوين النجوم الذي تكفن ، تم الكشف عنه بواسطة PdBI.
مكن تفكيك بكسل واحد في العديد من الفريق من تحديد أن المشاتل في مجرة انفجار نجم مثل GN20 تختلف اختلافًا جوهريًا عن تلك الموجودة في مجرة "طبيعية" مثل درب التبانة. بالنظر إلى نفس الكمية من الغاز ، يمكن لـ GN20 إنتاج أوامر بحجم أكبر من نجوم درب التبانة. لا تحتوي ببساطة على المزيد من المواد الخام: إنها أكثر كفاءة في تصميم النجوم للخروج منها.
هذا النوع من الدراسة فريد حاليًا للحالة القصوى لـ GN20. ومع ذلك ، سيكون أكثر شيوعًا مع الجيل الجديد من مقاييس التداخل ، مثل صفيف Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA).
تقع ALMA على ارتفاع 5000 متر (16000 قدم) في جبال الأنديز الشيلية ، وهي على استعداد لتغيير فهم الفلكيين للولادة النجمية. تمكّن المقاريب الحديثة علماء الفلك من القيام بهذا النوع من العلوم التفصيلية مع المجرات البعيدة - المجرات القديمة من الكون المبكر - التي كان يُعتقد سابقًا أنها ممكنة فقط لجوارنا المحلي. هذا أمر بالغ الأهمية في البحث العلمي عن القوانين الفيزيائية العالمية ، حيث يتمكن الفلكيون من اختبار نظرياتهم خارج منطقتنا ، عبر الفضاء والعودة عبر الزمن.
