COSMOS-z3.1-A يكشف كيف بدأت أكبر منظومات المجرات في الكون

ليس COSMOS-z3.1-A عنقود مجرات مكتمل التكوين، بل هو ما يسميه الفلكيون عنقوداً فائقاً أولياً: سلف مبكر لمنظومة عملاقة قد تضم مستقبلاً عدة عناقيد مجرية ضخمة. وقد رُصد عندما كان عمر الكون نحو 2.1 مليار سنة فقط، ما يجعله أبعد سلف معروف لعنقود فائق من المجرات. 15

تُقدَّر كتلته الحالية بنحو 5,000 مرة كتلة مجرة درب التبانة. أما مصيره المتوقع فليس قياساً مباشراً للمستقبل، بل استنتاج قائم على كثافة المادة المرصودة ونماذج نمو البنى الكونية: تشير التقديرات إلى أن COSMOS-z3.1-A، إلى جانب COSMOS-z3.1-C، قد يصل عند الزمن الكوني الحالي إلى كتلة تتجاوز كتلة عنقود الهلبة (Coma Cluster)، أحد أضخم عناقيد المجرات في الكون القريب. وتورد الدراسة كتلاً نهائية تقديرية لا تقل عن (10^{15.3}) كتلة شمسية لهذه الأنظمة المتطرفة. 1

ليس كتلة واحدة مستقرة

ما يلفت في COSMOS-z3.1-A أنه لا يبدو كعنقود كروي متماسك ومستقر، بل كبنية غير منتظمة تضم عدة نوى كثيفة متكتلة. وتقع هذه النوى في منطقة شديدة فرط الكثافة عند نقاط التقاء خيوط الشبكة الكونية؛ وهي البنية الواسعة من خيوط وتجمعات المادة التي ترسم، على المقاييس الهائلة، هيكل الكون.

وتظهر امتدادات شبيهة بالخيوط متصلة بالنوى، ويرجح الباحثون أنها قنوات تغذي هذه المناطق الكثيفة بالمجرات والمادة. 14 وهذه السمة هي ما يجعل الجسم أكثر ندرة من «العنقود الأولي» المعتاد: إنه مرحلة مبكرة لما قد يصبح لاحقاً «عنقوداً من العناقيد». 7

كيف حوّل مسح ODIN بقعة بعيدة إلى خريطة ثلاثية الأبعاد؟

بدأت القصة بمسح ODIN، الذي يبحث عن العناقيد الأولية في الكون البعيد عبر تتبع المجرات الباعثة لخط لايمان-ألفا. وفي حقل COSMOS، استخدم المسح تصويراً ضيق النطاق مرتبطاً بكاميرا الطاقة المظلمة DECam لتحديد تركيزات من المجرات عند انزياح أحمر قدره 3.1. 335

لكن تقارب المجرات في صورة ثنائية الأبعاد لا يثبت أنها متجاورة فعلاً في الفضاء. لذلك أضاف الفريق قياسات طيفية من أداة DESI، ومن مطياف GMOS على تلسكوب جيميني الجنوبي، ومطياف DEIMOS على تلسكوب كيك 2. وقد أتاحت قياسات الانزياح الأحمر هذه إعادة بناء توزع المجرات في ثلاثة أبعاد، وكشفت النوى الكثيفة والبيئة الواسعة المحيطة بها. 135

وهكذا لم تكن النتيجة مجرد قائمة بمجرات شديدة البعد، بل خريطة لبيئة كونية واسعة وهي في طور التشكل، بما في ذلك الخيوط التي تتبعها المجرات وتصل بين مناطق الكثافة العالية. 1

لماذا يدعم الاكتشاف فكرة النمو «من الأسفل إلى الأعلى»؟

وفق النموذج الكوني الحديث، لا تتكون أكبر البنى دفعة واحدة. تبدأ تجمعات أصغر للمادة، ثم تندمج وتجذب إليها مزيداً من المادة عبر الزمن، لتنشأ العناقيد والعناقيد الفائقة. ويجسد COSMOS-z3.1-A هذه الصورة: نوى متعددة نامية داخل شبكة من الخيوط، لا عنقود واحد مكتمل ومنعزل. 17

وتكتسب خيوط الشبكة الكونية أهمية خاصة لأنها قد توجّه المادة والمجرات نحو العقد الكثيفة. لذلك يقدم هذا الرصد مثالاً مبكراً ونادراً على المرحلة الانتقالية بين العناقيد الأولية الأصغر وأكبر منظومات العناقيد التي نراها في الكون القريب. 14

ما علاقته بنتيجة «النجوم الخفية» من تلسكوب جيمس ويب؟

النتيجتان تتناولان مستويين مختلفين من القصة الكونية. يدرس COSMOS-z3.1-A نمو البيئات واسعة النطاق: مناطق غنية بالمادة، ومجموعات مجرية، وخيوطاً كونية وعناقيد أولية. أما نتيجة منفصلة لتلسكوب جيمس ويب الفضائي فتخص التركيب النجمي داخل مجرات مبكرة بعينها.

في تلك الدراسة، فحص الباحثون تسع مجرات مبكرة ضخمة ووجدوا دلائل على وجود أعداد أكبر بكثير من المتوقع من النجوم الخافتة منخفضة الكتلة. ولأن هذه النجوم تضيف كتلة كبيرة رغم أن ضوءها ضعيف، فقد تكون الكتلة النجمية المستنتجة لبعض تلك المجرات أعلى بثلاثة إلى أربعة أضعاف من التقديرات السابقة؛ واقتربت الحالة الأشد تطرفاً من عامل أربعة. 192027

لا يفسر اكتشاف COSMOS-z3.1-A تلك النتيجة مباشرة، ولا العكس صحيح. فبيئة شديدة الكثافة تتغذى من خيوط كونية توفر إطاراً محتملاً لتجمع المجرات بسرعة، بينما يغيّر وفرة النجوم منخفضة الكتلة تقدير كمية الكتلة النجمية المخفية داخل بعض المجرات. ويبقى تفسير سرعة بناء البيئات الكثيفة، وتفاصيل تشكل النجوم داخل مجراتها، تحدياً أساسياً لنماذج الكون المبكر. 11722

الخطوة التالية: مسح أوسع ثم تأكيد طيفي

بدأ مرصد فيرا سي. روبن برنامج «المسح الإرثي للزمان والمكان» (LSST)، وشملت إحدى أولى إصدارات البيانات العلمية الموجهة صوراً عميقة لحقل COSMOS. 3336

يمكن للتصوير العميق واسع المجال من روبن أن يساعد في العثور على مزيد من مرشحي مناطق فرط الكثافة في الكون البعيد. لكن المطيافية ستظل حاسمة: فهي التي توفر الانزياحات الحمراء الدقيقة اللازمة للتمييز بين عنقود فائق أولي حقيقي ثلاثي الأبعاد وبين مجرات تبدو متقاربة فقط عند إسقاطها على صورة ثنائية الأبعاد. وتوضح تجربة ODIN مع COSMOS-z3.1-A قوة الجمع بين المسوح التصويرية الواسعة والرصد الطيفي الواسع والموجّه. 13