COSMOS-z3.1-A يكشف مرحلة مبكرة من بناء أكبر البنى الكونية

أبعد سلف معروف لعنقود فائق

اكتشف فريق دولي من الفلكيين COSMOS-z3.1-A، وهو عنقود فائق أولي: بنية كونية ضخمة لم تكتمل بعد، لكنها تمثل سلفاً مبكراً لما قد يصبح لاحقاً «عنقوداً من العناقيد» المجرية. شوهدت هذه البنية عند انزياح أحمر قدره 3.1، أي عندما كان عمر الكون نحو 2.1 مليار سنة فقط. وهي أبعد سلف معروف حتى الآن لعنقود مجري فائق، وتمنح العلماء نافذة مباشرة على تشكل أكبر تجمعات المجرات في الكون. 15

كتلة هائلة ومستقبل أكبر من عنقود كوما

تُقدَّر كتلة COSMOS-z3.1-A بنحو 5000 مرة من كتلة درب التبانة. وتشير المحاكاة وتقديرات كتلة البنية النهائية المستندة إلى كثافة المادة والمجرات فيها إلى أنها قد تتطور بحلول عصرنا إلى نظام عناقيد تفوق كتلته عنقود كوما، أحد أكبر عناقيد المجرات المعروفة في الكون القريب. 2510

لكن هذه ليست قياساً مباشراً لكتلتها المستقبلية؛ بل توقع يعتمد على نماذج تربط خصائص البنية المبكرة بمصيرها الكوني على مدى مليارات السنين.

ليست كتلة واحدة، بل نوى تتغذى من الشبكة الكونية

لا يظهر COSMOS-z3.1-A كعنقود ناضج ومنتظم الشكل. فهو يتألف من عدة نوى أولية كثيفة ومتكتلة موزعة ضمن مساحة تقارب 90 × 70 × 60 ميغابارسيك متحرك مع التمدد الكوني. وتمتد منه وحوله خيوط شبيهة بالخيوط الرفيعة، يُرجّح أنها قنوات من الشبكة الكونية تنقل المادة والمجرات نحو المناطق الأكثر كثافة. 1

هذه البيئة شديدة الكثافة تقع عند تقاطعات في «الشبكة الكونية»؛ وهي البنية واسعة النطاق التي تنتظم فيها المادة في خيوط وعُقد وفراغات. لذلك يُعد العثور على بنية بهذه الضخامة في تلك الحقبة المبكرة أمراً نادراً.

كيف حوّل العلماء تجمعات بعيدة إلى خريطة ثلاثية الأبعاد؟

اعتمد الباحثون على مشروع ODIN الذي يستخدم تصويراً عبر مرشحات ضيقة النطاق، وبشكل أساسي كاميرا الطاقة المظلمة DECam، للبحث عن تركيزات كبيرة من المجرات الباعثة لخط لايمان-ألفا عند المسافة الكونية المناسبة.

بعد ذلك، استُخدمت بيانات طيفية من مشروع DESI على مساحات واسعة، إلى جانب رصد متابعة موجّه بأداتي GMOS على تلسكوب جيميني ساوث وDEIMOS على تلسكوب كيك 2. أتاحت الأطياف تأكيد الانزياحات الحمراء للمجرات، أي تحديد مواقعها على امتداد خط النظر، وتحويل الزيادة الظاهرية في أعدادها إلى خريطة ثلاثية الأبعاد للبنية. كما ساعد توزيع المجرات في تتبع الخيوط التي تصل بين النوى الكثيفة. 1

دليل على نمو البنى «من الأسفل إلى الأعلى»

يدعم الاكتشاف نموذج النمو الهرمي السائد في علم الكون. وفق هذا التصور، تتشكل هالات المادة المظلمة الصغيرة ومجموعات المجرات أولاً، ثم تندمج وتستقبل مادة إضافية عبر الخيوط الكونية، لتنشأ منها العناقيد ثم العناقيد الفائقة.

ويعرض COSMOS-z3.1-A هذه المرحلة بوضوح: نوى أولية متعددة ومتميزة، داخل شبكة خيطية تغذيها، بدلاً من عنقود واحد ضخم ومكتمل التوازن. 110

ما علاقته بنتائج تلسكوب جيمس ويب عن المجرات المبكرة؟

هذه النتيجة منفصلة عن دراسة حديثة باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) ركزت على محتوى النجوم داخل بعض المجرات الضخمة المبكرة، لا على البنية الكونية واسعة النطاق التي تعيش فيها.

تشير أطياف عينة صغيرة من تلك المجرات إلى احتمال احتوائها على أعداد أكبر من المتوقع من النجوم الخافتة منخفضة الكتلة، أي إلى توزيع نجمي «مرجّح نحو النجوم الصغيرة». وإذا تأكد ذلك على نطاق أوسع، فقد ترتفع تقديرات الكتلة النجمية لبعض المجرات بنحو ثلاثة إلى أربعة أضعاف. 4913

يوفر COSMOS-z3.1-A بيئة معقولة لتجميع المجرات سريعاً: عُقد كثيفة تتلقى تدفقاً مستمراً من المادة عبر خيوط الشبكة الكونية. لكنه لا يحل بمفرده لغز الكتل النجمية الذي أثارته نتائج ويب؛ فتجميع بيئة ضخمة من المادة المظلمة يختلف عن تفسير كيفية تحول المادة بكفاءة إلى نجوم، وطبيعة توزيع كتل تلك النجوم داخل كل مجرة.

الخطوة التالية

من المتوقع أن يوسّع مسح الزمان والمكان الإرثي (LSST) في مرصد فيرا سي. روبن قائمة المرشحين للبنى الكثيفة عند الانزياحات الحمراء العالية، بفضل تصوير عميق وواسع ومتكرر في عدة نطاقات لونية. لكن القياسات الطيفية ستظل ضرورية لتحديد المواقع ثلاثية الأبعاد بدقة وفهم التاريخ الديناميكي لهذه العناقيد الأولية. وقد بدأ مرصد روبن عمليات LSST. 13