المجرات – تبين أن الأقمار الصناعية لمجرة درب التبانة هي “أرشيف” الكون المبكر

المجرات القزمة هي من بين أصغر وأقدم الهياكل المجرية المعروفة. يحتوي الكثير منها على عدد قليل جدًا من النجوم، وأحيانًا بضع مئات أو آلاف فقط. علاوة على ذلك، فهي تتكون بالكامل تقريبًا من مادة مظلمة وتعتبر مختبرات مثالية لدراسة الكتلة غير المرئية للكون وتكوين النجوم اللامعة الأولى التي ولدت بعد وقت قصير من الانفجار الكبير. من المعروف أن مجرتنا محاطة بالعديد من الأقمار الصناعية الصغيرة وغير المرئية في كثير من الأحيان. علاوة على ذلك، على مدار العشرين عامًا الماضية، زاد عددهم بشكل حاد: من عدة أقزام “كلاسيكية” إلى حوالي 65 جسمًا مؤكدًا. ومن المثير للاهتمام بشكل خاص ما يسمى بالأنظمة “غير المرئية” – وهي مجرات خافتة للغاية يصعب رؤيتها حتى باستخدام التلسكوبات الحديثة. وكما ذكرت مجلة Naked Science سابقًا، يمكن أن يتراوح عددها من 80 إلى 100، لكن بعض الباحثين يعتقدون أن هناك في الواقع عددًا أكبر بكثير. وهذا يثير التساؤل أيضًا: لماذا استطاعت بعض الهالات المظلمة الصغيرة أن تشكل نجومًا وتتحول إلى مجرات، بينما ظلت أخرى مظلمة تمامًا؟

لتتبع تطور 65 هالة قزمة تتراوح كتلتها من عشرة ملايين إلى خمسة مليارات كتلة شمسية، طور مؤلفو ورقة علمية جديدة سلسلة من عمليات المحاكاة الحاسوبية لـ LYRA. كانت دقة النموذج عالية جدًا لدرجة أن الباحثين تمكنوا من تتبع تكوين أنظمة نجمية فردية تبلغ كتلتها حوالي أربع كتل شمسية فقط. وقد سمح لنا هذا النهج برؤية العمليات التي عادة ما تكون مفقودة في النماذج الكونية الأكثر بدائية. كان أحد العناصر الأساسية للدراسة هو دراسة الخلفية فوق البنفسجية المبكرة – ما يسمى بإشعاع ليمان-فيرنر، الذي كان موجودًا في الكون المبكر حتى قبل نهاية عصر إعادة التأين. فهو لا يؤين الهيدروجين مباشرة، ولكنه يدمر جزيئات H₂، التي تلعب دورًا مهمًا في تبريد الغاز. إنه الهيدروجين الجزيئي الذي يساعد السحب على فقدان الحرارة والتقلص وتحفيز ولادة النجوم. وإذا انهار، يظل الغاز دافئًا وضعيفًا للغاية، ويتم قمع تكوين النجوم بشكل حاد. وقد نظر العلماء في سيناريوهين: في الأول، كانت الخلفية المبكرة ضعيفة، وفي الثاني، كانت أكثر كثافة. ظهر الفرق بينهما بالفعل في مرحلة تكوين الهياكل الأولى. مع الإشعاع الضعيف، حتى الهالات الصغيرة يمكن أن تتراكم الغاز البارد وتضيء النجوم. وفي سيناريو أكثر خطورة، تغيرت العتبة بشكل حاد بما يقرب من مستوى من حيث الحجم: حيث كانت هناك حاجة إلى أنظمة أكثر ضخامة بكثير لتحفيز تكوين النجوم.

وهذا يعني أن جزءًا كبيرًا من المجرات القزمة المحتملة في بداية الكون ربما لم تشتعل ببساطة ولا تزال مظلمة. ويؤثر هذا بشكل مباشر على عدد الأقمار الصناعية لمجرة درب التبانة: حيث إن عددها وتوزيع سطوعها حساسان للظروف التي كانت موجودة عندما كان عمر الكون بضع مئات الملايين من السنين فقط. وأظهرت عمليات المحاكاة أيضًا أن المجرات الأضعف لديها حد أدنى مشترك للكتلة النجمية، وهو حوالي ألف كتلة شمسية. تتشكل مثل هذه الأنظمة بسرعة كبيرة: فهي تشهد انفجارًا واحدًا قصيرًا فقط لتكوين النجوم، وبعد ذلك تقوم انفجارات السوبرنوفا الأولى بإخراج الغاز من فخ الجاذبية، مما يؤدي إلى إيقاف ولادة النجوم بشكل كامل. يمكن للمجرات القزمة الأكثر ضخامة أن تستمر في تكوين النجوم لفترة أطول، وتنجو عمومًا من عصر إعادة التأين بشكل أفضل. وأظهرت نتائج العمل، التي نشرت في مجلة الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية، أن الأقمار الصناعية الحديثة لمجرة درب التبانة ليست مجرد بقايا الهياكل القديمة، ولكنها نوع من وقائع الظروف التي كانت سائدة في الكون المبكر. يعتمد عددها وسطوعها وحتى حقيقة وجودها بشكل مباشر على ما حدث في مئات الملايين من السنين الأولى بعد الانفجار الكبير.