في أصل مجرة درب التبانة

حازم كويي

الحوار المتمدن-العدد: 7665 - 2023 / 7 / 7 - 12:52
المحور: الطب , والعلوم
    

ماركوس بوسل*

يُنظر الى المجرات كما نعرفها اليوم كونها متحركة،حصلت فيها تصادمات كاسحة، وتدفقات غازية قوية، ومراحل من تشكيل النجوم العنيف،كذلك في مجرتنا أيضاً. فريق بقيادة هانز فالتر ريكس،من معهد (ماكس بلانك) في مجال علم الفلك يقوم بإعادة بناء تاريخ المجرات، بكتابة تاريخ مفصل لمجرة درب التبانة، وبطريقة مماثلة للمؤرخين المختصين لعلم الآثار.
مجرتنا درب التبانة قديمة قدم الكون ولها تاريخ مضطرب مماثل مثل معظم المجرات، وهي موجودة منذ حوالي 13 مليار سنة، تشكلت خلال المليار سنة الأولى بعد الانفجار العظيم.
يمكن مقارنة تطورها في كثير من النواحي بتاريخ العديد من المدن والدول. يعيدعلماء الفلك الآن بناء تفاصيل تاريخهم جيداً باستخدام بيانات المراقبة.
"عند القيام بذلك، لا نتعلم شيئاً عن بداية مجرتنا الأصلية والأيام الأولى لها فحسب، بل عن تطور الاصطدامات السابقة أيضاً. في تمثيل لمجرتنا درب التبانة، يمكن رؤية تيارات النجوم المتمثلة بأقواس عريضة من المجرة الحلزونية على شكل قرص وآثار إندماجات مع مجرات أخرى" حسب هانز فالتر ريكس.
عند إعادة بناء تاريخ المدينة، تحتوي بعض مبانيها على بيانات إنشائية واضحة. بالنسبة للآخرين، يشير أستخدام مواد بناء أكثر بدائية أو خصائص أنماط البناء القديمة كونها قد تم إنشاؤها في وقت سابق. كما أن حقيقة وجود بقايا مبانٍ تحت الهياكل الأحدث توفر أدلة مهمة.
أخيراً وليس آخراً، تعتبر الأنماط المكانية مهمة، ففي العديد من المدن توجد بلدة مركزية قديمة محاطة بأجزاء أحدث بكثير من المدينة.
وهذا لا يختلف كثيراً في مجرة درب التبانة والمجرات الأخرى. نجومها تشهد على ماضيهما،البعض منها يحدد بدقة تامة لعمرعلم الفلك.
إذا لم يكن ذلك ممكناً، فيمكن أستخدام تكوين النجوم لتحديد أسلوبها المعماري، والذي يسمح على الأقل باستخلاص استنتاجات تقريبية حول عمرها. ومثلما يمكن للمدن أن تمر بطفرات البناء أو فترات مكثفة من إعادة البناء، فإن تاريخ المجرات مليء بالتصادمات والاندماجات، وبكميات كبيرة من غاز الهيدروجين الطازج الذي يمكن أن يتدفق إلى المجرة من الخارج على مدى مليارات السنين، المادة الخام التي تتكون منها النجوم الجديدة.
في بداية تاريخ المجرة، توجد مجرات أولية أصغر وفي مناطق تشكلت فيها النجوم في وقت مبكر من المليار سنة الأولى بعد الانفجار العظيم. لقد شكلوا بذور المجرات التي نعرفها اليوم.
ربما بدأت مجرة درب التبانة عندما أندمجت ثلاث أو أربع مجرات أولية كانت على مقربة من بعضها البعض.
يستخدم علماء الفلك الملاحظات والمحاكاة لإعادة بناء تاريخ تكوين المجرة. يقول هانز فالتر ريكس "أستطلاعات السماء ساعدتنا كثيراً". "لقد قدموا لنا بشكل كبير بيانات أكثر شمولاً مما كانت متوفرة في السابق. "
أثناء الاستطلاعات، تقوم التلسكوبات بمسح أجزاء من سماء الليل وأستخدامها لجمع معلومات حول موقع النجوم وسطوعها،على سبيل المثال.
يمكن بالطبع فحص نجوم مجرة درب التبانة بشكل أفضل وبأكثر الطرق تفصيلاً.
بالنسبة للعمل الأثري في مجرة درب التبانة،أستخدم الفريق بقيادة هانز مسوحات القمر الصناعي ESA ومسبارGaia وتلسكوب Sloan Digital Sky وكذلك التلسكوب الصيني Lamost حتى الآن.
مسبار Gaia حدد المواقع والمدارات والسطوع لما يقرب من ملياري نجم في مجرة درب التبانة، وهذا يتوافق مع حوالي واحد بالمائة من مجموع النجوم في مجرتنا الأصلية.
تلسكوب Lamost قاسَ بدوره أطياف حوالي عشرة ملايين نجم عن طريق تقسيم ضوءها إلى ألوان قوس قزح.
وجرى بحث درجة حرارة السطح واللمعان والتركيب الكيميائي لـ 250.000 وما يسمى بالعميل الفرعي. وهي في مرحلة قصيرة نسبياً من تطور النجوم، حيث يمكن تحديد عمر النجوم بدقة شديدة باستخدام البيانات المتاحة.
من خلال النظرعن كثب إلى بيانات Gaia و Lamost، حصل الباحثون على صورة واضحة للتطور المبكر لمجرتنا الرئيسية.
في عمر بضعة مليارات من السنين، مرت مجرة درب التبانة بمرحلة مضطربة عندما أندمجت مع مجرة أخرى، وبالتحديد مجرة Gaia-Enceladus / Sausage.
حملت المجرتان كميات هائلة من الغاز، والتي أذيبت عند أندماجها، بحيث تشكلت النجوم الجديدة بأعداد كبيرة خلال فترة زمنية قصيرة. تراكمت في منطقة من المجرة، معروفة في علم الفلك بالقرص السميك لمجرة درب التبانة. في وقت لاحق، كان تكوين النجوم أكثر هدوءاً "بعد الفترة المبكرة المضطربة، كانت هناك كمية أقل بكثير من غاز الهيدروجين في المجرة ،" كما يقول ماوشينغ شيانغ من معهد ماكس بلانك. "لقد تراكمت فيما نسميه الآن القرص الرقيق لمجرتنا".
لاحظ هانز وماوشينغ، عندما أعادا بناء دمج Gaia-Enceladus / Sausage ، أن النجوم القديمة نسبياً كانت متورطة أيضاً. لقد حددوا ذلك بناءاً على بنية هذه النجوم، لتتماشى مع الاستعارة الأثرية. المقياس التقريبي واحد على الأقل لعمرالنجم،هو معادنه، وهي كمية العناصر الكيميائية الموجودة في الغلاف الجوي للنجم والتي تكون أثقل من الهيليوم. هذه العناصر التي تسمى المعادن في علم الفلك، تتشكل في داخل النجم.
ففي خلال بضعة مليارات من السنين، أندمجت مجرة درب التبانة مع مجرة Gaia-Enceladus / Sausage ثم مرت بعد ذلك بمرحلة من تكوين النجوم المكثف.
في قلب مجرة درب التبانة توجد نجوم يزيد عمرها عن 12.5 مليار سنة وتشكلت بعد وقت قصير من إندماج المجرات الأولية، أي أسلاف مجرتنا.
من خلال الأنفجار العظيم، أثرى الغاز الواقع بين النجوم بعناصر أثقل، ومن هذا الغاز تشكل الجيل التالي من النجوم، ثم مع النجوم الأعلى مع معادنها، وبالتالي فإن النجوم ذات المعادن العالية هي أصغر من تلك التي لديها نسبة معدنية أقل. بعض النجوم في فترة اندماج Gaia-Enceladus / Sausage تظهر معدناً يشير إلى أنها تشكلت من بقايا جيل سابق من النجوم.
يقول هانز فالتر ريكس "حقيقة وجود هذه الأجيال السابقة من النجوم لم تفاجئنا". "لقد أشارت عمليات المحاكاة المتقنة للتاريخ الكوني إلى وجودها بالفعل." وتتنبأ عمليات المحاكاة أيضاً بالمكان الذي لا يزال من الممكن العثور فيه على ممثلي الأجيال النجمية السابقة، في المنطقة الأساسية المُدمجة نسبياً لمجرة درب التبانة،التي قطرها بضعة آلاف من السنين الضوئية فقط. يُعتقد أن هذا اللب القديم في مركز مجرتنا قد تشكل من المجرات الأولية الأولى أثناء إندماجها في مجرة درب التبانة. وهذا هو المكان الذي لا يزال من الممكن العثور فيه على النجوم المبكرة اليوم.
"لذلك فكرنا في كيفية أكتشاف هذه النجوم من اللب القديم لمجرتنا"، كما يقول ريكس، الذي تناول هذا المشروع مع رينيه أندريه، الباحث في معهد ماكس بلانك لعلم الفلك، وفيدانت تشاندرا، طالب الدكتوراه الضيف في جامعة هارفارد. "كان من الواضح أننا لن نحقق المزيد من المعلومات حول النجوم الأصغر." لذلك ركز الباحثون على نوع آخر من النجوم - النجوم العملاقة* الحمراء النموذجية وأكثر إشراقاً بحوالي مائة مرة من العمالقة الفرعية.
وبالتالي من السهل أيضاً مراقبتها على مسافة من مركز المجرة والمناطق المجاورة لها. يمكن العثور على معلومات حول العديد من العمالقة الحمراء في قياسات Gaia منذ إصدار البيانات في صيف عام 2022 والأطياف المرتبطة بها. على الرغم من أنه من غير الممكن تحديد عمر العمالقة الحمر بدقة، كما هو الحال مع العمالقة الفرعية، فإن معدنهم، الذي يمكن تحديده باستخدام الأطياف، يسمح على الأقل بتقدير تقريبي لأعمارهم.
الذكاء الاصطناعي يحلل الأطياف.
ومع ذلك، فإن أطياف Gaia يتم حلها بشكل سيئ للغاية بحيث لا يمكن تحديد الخطوط الطيفية للعناصر المختلفة باستخدام طرق التحليل التقليدية. لهذا السبب، أعتمد فريق ريكس على الذكاء الاصطناعي، كونه يستطيع أكتشاف أختلافات دقيقة في البيانات أكثر من الطرق الأخرى. ومع ذلك، يجب أن تكون الخوارزمية المقابلة لكل من هذه المهام مدربة بشكل جيد.
بمساعدة بيانات التدريب هذه، تعلمت الخوارزمية قراءة المعادن من أطياف Gaia أيضاً. قام الباحثون بفحص ما إذا كان الذكاء الاصطناعي مناسباً للمهمة بعد التدريب باستخدام أطياف النجوم التي عُرِفت معادنها أيضاً ولكنها لم تُستخدم في التدريب. كما أتضح، كانت الخوارزمية قادرة على تحديد الفلزية من أطياف Gaia بدقة مذهلة.
وبهذه الطريقة، يمكن للفريق التأكد من أن الذكاء الاصطناعي سيوفر أيضاً قيماً معدنية موثوقة لمليوني أطياف Gaia من العمالقة الحمراء في المناطق الداخلية من مجرة درب التبانة.
من خلال هذا، كان الفريق قادراً بالفعل على تحديد مجموعة من النجوم ذات الفلزات المعدنية المناسبة التي تشكل النواة القديمة لمجرتنا. تُظهر المقارنة مع العمالقة الفرعية كما حددها ريكس وشيانغ في الدراسة السابقة، أن النواة القديمة لمجرة درب التبانة يجب أن تكون أقدم من حوالي 12.5 مليار سنة. تقع جميع النجوم على مسافة قصوى تبلغ حوالي 15000 سنة ضوئية من المركز – للمقارنة، تمتد مجرة درب التبانة بأكملها على ما يقرب من 200000 سنة ضوئية.
أستفاد الباحثون من حقيقة أن معدنية بعض النجوم التي سجل لها Gaia،أطيافاً كانت معروفة بالفعل من مسح آخر للسماء. تُستخدم بيانات التدريب هذه في علم الفلك لوصف وفرة العناصر الكيميائية الأثقل من الهيدروجين والهيليوم. يمكن تحديده من طيف النجم وهو مقياس تقريبي لعمره.
يشير الطيف إلى توزيع شدة الضوء،على سبيل المثال،أعتماداً على طول الموجة. تتميز الخطوط الموجودة في طيف النجم بالعناصر الكيميائية الموجودة في غلافه الجوي.
نحن نبحث عن نجوم المجرات الأولية.
أظهر المزيد من التحليل للتركيب الكيميائي أنه على الرغم من عمرها الكبير، فمن المحتمل جداً أن تكون هذه النجوم قد تشكلت في مجرة درب التبانة بعد وقت قصير من إندماج المجرات الأولية. يقول هانز والتر ريكس "لقد أكدنا بالتالي ما تنبأت به المحاكاة الكونية حول التاريخ المبكر لمجرتنا الأصلية".
بعد ذلك، يأمل الباحثون في إستخدام أطياف عالية الدقة من استطلاعات السماء الإضافية لتحديد مواقع وحتى أنماط حركة النجوم في قلب مجرة درب التبانة بدقة. إذا سمح مثل هذا التحليل بتخصيص النجوم لمجموعات مختلفة، لكل منها نمط حركة مميز، فيمكن أن تتوافق هذه المجموعات مع المجرات الأولية التي تشكلت منها مجرة درب التبانة. لقد توصل علم الآثار الكوني من خلال هانس والتر ريكس وفريقه بالفعل إلى أصل مجرة درب التبانة.

*ماركوس بوسل فيزيائي وفلكي وصحفي ألماني.

*النجوم العملاقة هي نجوم شبيهة بالشمس نفد وقودها وبالتالي فهي تتوسع. علم الفلك يميز بين العمالقة الفرعية والعمالقة الحمراء. الكائنات الفرعية هي في مرحلة تطورية قصيرة نسبياً، لذلك يمكن تحديد عمرها بدقة. العمالقة الحمراء أكبر بما يصل إلى 100 مرة وأكثر سطوعاً بمقدار 1000 مرة من شمسنا ، لكنها باردة نسبياً وبالتالي تظهر ضاربة إلى الحمرة.

#حازم_كويي (هاشتاغ)      

---

اشترك في قناة ‫«الحوار المتمدن» على اليوتيوب
حوار مع الكاتب البحريني هشام عقيل حول الفكر الماركسي والتحديات التي يواجهها اليوم، اجرت الحوار: سوزان امين	حوار مع الكاتبة السودانية شادية عبد المنعم حول الصراع المسلح في السودان وتاثيراته على حياة الجماهير، اجرت الحوار: بيان بدل

كيف تدعم-ين الحوار المتمدن واليسار والعلمانية على الانترنت؟

تابعونا على:

الفيسبوك

التويتر

اليوتيوب

RSS

الانستغرام

لينكدإن

تيلكرام

بنترست

تمبلر

بلوكر

فليبورد

الموبايل

كيفية إشراك-إيصال مواضيعكم أو مواضيع تهمكم  إلى اكبر عدد ممكن من القراء والقارئات