تلسكوب هابل يكشف سر تحول الكون المعتم إلى شفاف: مجرة MXDFz4.4 تنير درب إعادة التأين

توصل علماء فلك باستخدام تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا إلى اكتشاف مذهل: مجرة MXDFz4.4 هي أعلى باعث لطيف لايمان المتصل (LyC) تم رصده على الإطلاق ، وهي مجرة كانت موجودة بعد 1.4 مليار سنة فقط من الانفجار العظيم . يقدم هذا الاكتشاف نظرة مباشرة ومفصلة لكيفية مساعدة ضوء التأين الصادر عن مجرة واحدة في إزالة الضباب المعتم للكون المبكر، ويدفع الجدول الزمني المعروف لعملية إعادة التأين إلى الوراء من خلال الكشف عن أن هذه العملية كانت لا تزال نشطة في وقت متأخر أكثر مما كان يُعتقد سابقًا.

إليك التفاصيل والاكتشافات المحددة:

• العمر والانزياح الأحمر: رُصدت المجرة عند انزياح أحمر z=4.442، مما يعني أنها كانت موجودة عندما كان عمر الكون حوالي 1.4 مليار سنة . والأهم من ذلك، أنها رُصدت بعد حوالي 250 مليون سنة فقط من انتهاء عصر إعادة التأين (EoR) . حقيقة العثور على مثل هذا الباعث القوي للضوء المؤين بعد عصر إعادة التأين كانت أمرًا "لم يتوقعه العلماء على الإطلاق" ، ويظهر أن إعادة التأين كانت عملية أطول وأكثر تكتلاً امتدت إلى ما بعد نقطة النهاية المفترضة.

• الحجم وتكوين النجوم: كشفت صور هابل التفصيلية في الضوء المرئي أن المجرة تحتوي على عناقيد نجمية شابة متقاربة . أدت انفجارات متعددة من تكوين النجوم إلى إزالة الغاز من داخل وحول MXDFz4.4، مما سمح لأشعتها فوق البنفسجية القوية بالهروب .

• نسبة الضوء المؤين الهارب: نسبة فوتونات التأين (لايمان المتصل) التي تهرب من المجرة عالية بشكل ملحوظ، وتم قياسها في نطاق يتراوح بين 53-100% . هذه النسبة أعلى بكثير من نسبة الهروب التي تقل عن 5-10% التي تُرصد عادةً في المجرات الأخرى ذات الانزياح الأحمر المنخفض، مما يجعل MXDFz4.4 "باعثًا قويًا لـ LCE" ومثالًا رئيسيًا على نوع المجرات التي ربما قادت عملية إعادة التأين .

• كيف يفسر الانتقال من المعتم إلى الشفاف: هذه المجرة هي باعث قوي لطيف لايمان المتصل، مما يعني أنها تُطلق كمية كبيرة من الفوتونات عالية الطاقة فوق البنفسجية القادرة على تأين الهيدروجين المتعادل . يوضح هذا بشكل مباشر آلية الانتقال: حيث أدى تكوين النجوم المكثف والمتقارب داخل المجرة إلى شق قنوات عبر الغاز المتعادل، مما سمح للإشعاع المؤين بالهروب إلى الوسط بين المجرات وتحويل الغاز المتعادل المعتم إلى بلازما شفافة .

• أدوار هابل وويب وتلسكوب VLT:

  • هابل (HST): قدم التصوير عالي الدقة في الضوء المرئي الذي كشف البنية التفصيلية للعناقيد النجمية والقنوات المخلية في المجرة . كان هابل أول من رصد الضوء فوق البنفسجي غير المتوقع من هذه المجرة .
  • تلسكوب VLT (MUSE): تم تحديد المجرة كهدف ضمن مجال MUSE العميق للغاية (MXDF) . قدم جهاز MUSE على تلسكوب VLT التحليل الطيفي العميق عالي الدقة مكانيًا اللازم لتأكيد الانزياح الأحمر العالي للمجرة وقياس شكل خط لايمان-ألفا الخاص بها، والذي استُخدم لتتبع ضوء لايمان المتصل الهارب .
  • تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST / NIRISS): أخذ جهاز NIRISS على تلسكوب ويب طيفًا لمجرة MXDFz4.4 كجزء من برنامج NGDEEP. على الرغم من عدم رصد أي خطوط انبعاث في هذا الطيف، فقد تم استخدام البيانات للمساعدة في استبعاد الانزياحات الحمراء البديلة (على سبيل المثال، محاذاة صدفة مع مجرة ذات انزياح أحمر منخفض) وساعدت في تحسين القياسات الضوئية للمجرة .

• كيف يدفع الجدول الزمني لإعادة التأين إلى الوراء: تضع النماذج القياسية نهاية عصر إعادة التأين عند حوالي 1.1 مليار سنة بعد الانفجار العظيم. أما MXDFz4.4، التي رُصدت بعد 1.4 مليار سنة من الانفجار العظيم، فهي باعث قوي لـ LyC بعد 250 مليون سنة من الوقت الذي يُعتقد أن عصر إعادة التأين قد انتهى فيه . وجودها يُظهر أن المجرات التي تُطلق الضوء المؤين بنشاط كانت شائعة في وقت متأخر جدًا من التاريخ الكوني أكثر مما كان يُعتقد سابقًا، مما يشير إلى أن عملية إعادة التأين لم تكن حدثًا واحدًا حادًا بل كانت عملية تدريجية ممتدة استمرت بقوة في الأزمنة الكونية المتأخرة .