ما هي المجرة؟ هذا سؤال يصعب الإجابة عليه بشكل مدهش

متى تكون مجموعة النجوم مجرد مجموعة من النجوم ومتى تكون مجرة؟ يبدو هذا وكأنه نكتة أو لغز من نوع ما، ولكنه بدلاً من ذلك سؤال علمي حقيقي يكافح مجتمع علم الفلك حوله.

أولئك منا الذين ليسوا مراقبي نجوم محترفين معتادون على التفكير في المجرات كأشياء كاملة يسهل التعرف عليها، تقريبًا مثل الأعمال الفنية النهائية. عندما أستخدم التلسكوبات في الفناء الخلفي لمنزلي للنظر إلى المجرات، أرى حلزونات تبعث الضوء الساطع لمليارات النجوم – وفي بعض الحالات 100 مليار منها أو أكثر. من بحثي الخاص كعالم نظري في علم الكونيات، أعلم أن هذه المجرات تتخللها وتحيط بها هالة غير مرئية من المادة المظلمة تمتد إلى ما هو أبعد من مناطقها المرئية. من تدريبي بعد التخرج، أعلم أيضًا أنه ليس كل المجرات لها شكل حلزوني. بعضها بيضاوي الشكل، على شكل كرات تم سحقها من الأعلى. ومن وجهة النظر هذه، فإن السؤال عن ماهية المجرة يبدو واضحًا للغاية.

ولكن، كما كتبت قبل بضعة أعمدة، فإن كيفية تنظيم فهمنا للمجرات هي دائمًا عمل قيد التقدم. على سبيل المثال، في حين أنه من السهل تصنيف شيء له بنية حلزونية واضحة ومليارات النجوم، فماذا عن شيء يبدو كرويًا ويحتوي على ملايين النجوم؟ هل هذه مجرة؟ في الواقع، ما وصفته للتو هو التعريف الأساسي للكتلة الكروية. هذه مجموعات – خليط، إذا صح التعبير – من عشرات الآلاف والملايين من النجوم المرتبطة بالجاذبية في تكوين لا يتجاوز عرضه بضع سنوات ضوئية. والأهم من ذلك أنهم يعيشون داخل المجرات.

يبدو أن حقيقة أن العناقيد الكروية توجد فقط داخل المجرات تشير إلى أنها ظاهرة كونية متميزة عن المجرات نفسها. علاوة على ذلك، فإن العناقيد الكروية مدمجة والمجرات منتشرة وأكثر انتشارًا عبر الفضاء. وهذا صحيح حتى في حالة المجرات الكروية القزمة المرتبطة بجاذبية درب التبانة. إنها أصغر من مجرتنا، لكنها تظل كبيرة ومنتشرة نسبيًا. تميل أيضًا إلى امتلاك مجموعة أكثر تنوعًا من النجوم، في حين تتكون العناقيد الكروية من مجموعات أكثر تجانسًا. نحن نعلم الآن أيضًا أن الأجسام الكروية القزمة موجودة في هالات المادة المظلمة الخاصة بها، في حين أن العناقيد الكروية ليست كذلك.

تخيل دمية تعشيش من المجرات محاطة بالمادة المظلمة. هناك مجرة ​​درب التبانة، بهالة واحدة كبيرة، ثم هناك كائنات كروية قزمة أصغر حجمًا في هالاتها الفرعية الصغيرة بداخلها. هذه هي الصورة العامة في العمل هنا. في الواقع، بالنسبة لبعض علماء الفلك، هذا هو الشيء الذي يفصل بين الفئتين: أن تكون مجرة ​​يعني أن تكون مليئًا بالمادة المظلمة.

حتى عام 2005 تقريبًا، بدا أن هذه الحدود تعمل بشكل جيد، ولكن بعد ذلك أصدر مسح سلون الرقمي للسماء (SDSS) أول مجموعة بيانات له. كان نظام SDSS، المكلف بمسح أكثر من ربع السماء ليلاً، يقوم بفهرسة عدد كبير من الأشياء التي لم يسبق رؤيتها من قبل. ومن خلال تلك البيانات، وجد علماء الفلك ملاحظات لمجموعات من النجوم خافتة للغاية يصعب رؤيتها بالقرب من درب التبانة. تحدت هذه الأقمار الصناعية الخافتة جدًا لدرب التبانة السرد القائل بأنه من السهل التمييز بين العناقيد الكروية والمجرات.

في بعض الحالات، أوضحت عمليات الرصد اللاحقة أن الجسم الكوني المعني كان بالفعل مجرة ​​مليئة بالمادة المظلمة. يستمر هذا العمل وليس دائمًا واضحًا. إن ضعفها المتأصل يجعل هذه الأقمار الصناعية تحديًا للرصد. ويقال إن هذه الأجسام المربكة تعيش في “حوض من عدم اليقين”، كما وصفها بلير كون، الذي كان آنذاك في الجامعة الوطنية الأسترالية في كانبيرا، وزملاؤه في ورقة بحثية عام 2018. من الواضح أنها ليست مجرات، لكن من الواضح أنها ليست مجرات.

ورغم أننا ربما توقعنا أن تؤدي المزيد من البيانات إلى تقليص مستوى عدم اليقين، إلا أن حالة عدم اليقين تعمقت في بعض النواحي. وقد أدت المسوحات الأخيرة للسماء إلى زيادة تعكير المياه من خلال الكشف عن مجموعة من الأجسام الخافتة، ونحن الآن نعرف أفضل من افتراض أنها ليست مجرات. ونحن لسنا جميعًا متفقين على ما هو: على سبيل المثال، أعلنت ورقة بحثية عام 2023 أجراها فريق بقيادة سايمون سميث في جامعة فيكتوريا في كندا اكتشاف Ursa Major III، والذي وصفه الباحثون بأنه “القمر الصناعي المعروف الأقل إضاءة في درب التبانة”. وبقدر ما قد يكون هذا الإعلان واثقًا، يواجه المؤلفون شيئًا من المعركة لإثبات قضيتهم لأن الملاحظات تحصي 60 نجمًا فقط في المجرة! وهذا ليس خطأ مطبعي – 60، وليس 60.000، أو 60 مليونًا، أو 60 مليارًا. فقط 60.

على الرغم من صغر حجم Ursa Major III، إلا أنه قد يكون له تأثير كبير. في العام الماضي، ادعى فريق بحث أنه إذا كانت بالفعل مجرة، فيمكن استخدامها لاستبعاد فئة من نماذج المادة المظلمة. إن معرفة ما إذا كانت Ursa Major III وغيرها من أقمار درب التبانة المدمجة والخافتة للغاية مثلها هي في الواقع مجرات، وبالتالي فإن لديها القدرة على هز الفيزياء الفلكية وعلم الكونيات وفيزياء الجسيمات.

يتم إحراز تقدم بشأن هذه المسألة. في الشهر الماضي، نشر ويليام سيرني من جامعة ييل وزملاؤه تقريرًا يحتوي على أول تحقيق شامل لمجموعة كبيرة من هذه الأجسام. استنتاجهم؟ إنها مزيج من الأنواع، ولكن هناك حاجة إلى مزيد من الملاحظات. ليس لدي أي شيء مؤكد لأخبرك به عما نعرفه، وهو مكان مثير للهبوط. إن موقفنا الحالي هو الإثارة في منتصف البحث، وهو الجزء الذي نقف فيه على حافة ما نعرفه ونتجاوزه.

ماذا تقرأ؟

الشعراء، وخاصة مجموعة كورتني لامار تشارلستون من المهم أن أتذكر وبيان كامونغني فيليكس دعوا الشعراء يحكمون.

ماذا تشاهد؟

الكثير من ألفريد هيتشكوك!

ما الذي تعمل عليه؟

أنا أستعد لإطلاق كتابي في الولايات المتحدة حافة الزمان والمكان في 7 أبريل!

تشاندا بريسكود وينشتاين هو أستاذ مشارك في الفيزياء وعلم الفلك في جامعة نيو هامبشاير. هي مؤلفة الكون المضطرب والكتاب القادم حافة الزمان والمكان: الجسيمات، والشعر، ورقصة الحلم الكوني

أسرار الكون: شيشاير، إنجلترا

اقضِ عطلة نهاية الأسبوع مع بعض ألمع العقول في العلوم، بينما تستكشف أسرار الكون في برنامج مثير يتضمن رحلة لرؤية تلسكوب لوفيل الشهير.