إليك ما يمكن أن أخبرنا به Zwicky 18 عن النجوم الأولى في الكون

قد تؤوي مجرة ​​قزم زرقاء على بعد 59 مليون سنة ضوئية أبناء عمومة النجوم السكانية غامضة الثالث.

كانت النجوم الأولى في الكون على عكس أي النجوم التي نراها اليوم. كانت معروفة لعلماء الفلك والنجوم السكان الثالث ، كانت كبيرة ، ضخمة ، وتتألف بالكامل تقريبا من الهيدروجين والهيليوم. كانت النجوم 3 للسكان مهمة لأنهم أغنوا الوسط البينجمي بالمعادن - وكلها عناصر أثقل من الهيدروجين والهيليوم - وشاركوا في إعادة التوحيد ، وهو حدث بعد بضع مئات من ملايين السنين من الانفجار الكبير الذي جعل الكون أكثر شفافية.

يمكن أن تؤكد نجوم العثور على السكان III أجزاء مهمة من نظرياتنا في علم الكونيات وتطور النجوم. ومع ذلك ، يجب أن يختفوا جميعًا من درب التبانة الآن ، بعد أن انفجروا مثل المستعر الأعظم منذ زمن بعيد. يمكننا أن ننظر إلى الكون البعيد للبحث عنه في نوبات حمراء عالية - وبالفعل ، فإن تلسكوب James Webb Space Telescope سيفعل ذلك - لكن اكتشاف النجوم الفردية على تلك المسافة يتجاوز قدراتنا الحالية. حتى الآن ، لم تتحول التلسكوبات إلى شيء.

تُظهر صورة تلسكوب هابل الفضائي لـ I Zwicky 18 غازًا مضاءًا بنجوم زرقاء شابة. الصورة الائتمان: ناسا / وكالة الفضاء الأوروبية / أ. الويزي.

ومع ذلك ، فإن الملاحظات الأخيرة لمجرة مجاورة للقزم تدعى I Zwicky 18 قد منحتنا بعض الأمل. فقط 59 مليون سنة ضوئية ، يبدو أن المجرة تحتوي على السحب من الهيدروجين التي هي خالية تقريبا من المعادن. ما هو أكثر من ذلك ، أنه يمر بمرحلة من تشكيل النجوم التي قد تنتج نجوم تشبه إلى حد كبير نجوم السكان III. إذا استطعنا معرفة المزيد عن هذه المجرة ، يمكن أن توفر لنا أدلة على ما كانت عليه النجوم والمجرات الأولى في الكون.

هل الموجة الحالية لتشكيل النجوم هي الأولى؟

استخدمت ملاحظات HI الأولية لـ I Zwicky 18 مقياس التداخل اللاسلكي في Westerbork ، في هولندا. رصيد الصورة: مستخدم ويكيبيديا Onderwijsgek ، بموجب ترخيص المشاع الإبداعي Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5.

كانت إحدى الدراسات الأولى التي لفتت الانتباه إلى احتمال قيام I Zwicky 18 بتكوين نجوم تمثيلية من السكان III هي بواسطة Lequex & Viallefond 1980. لقد استكملت الملاحظات البصرية الحالية لمناطق HII - سحب الغاز المؤين التي تستضيف نجومًا شابة وساخنة وهائلة - مع دراسات المناطق HI عبر خط الانبعاثات 21 سم ، أداة رئيسية لرسم خرائط الهيدروجين المحايد. كانوا يحاولون معرفة ما إذا كانت الجولة الحالية لتشكيل النجوم الضخمة في مجرة ​​القزم هي الأولى ، أو إذا سبقها أحداث أخرى ، تلوث السحب الهيدروجينية بالمعادن.

وجدت ملاحظاتهم الإذاعية مع تلسكوب Westerbork Synthesis Radio Telescope كتلة إجمالية عالية تصل إلى حوالي 70 مليون كتلة شمسية في ست مناطق منفصلة ، بقي ثلاث منها دون حل. لم يتمكنوا من توصيل المكونات الفردية بخرائط مناطق HII ، لكن قياسات السرعة الشعاعية للسحب وجدت أن الكتلة الكلية للمجرة كانت أكبر بكثير بحوالي عشرة عامل ، مما يشير إلى وجود نوع آخر من الكتلة.

كان هناك احتمالان: إما أن تكون الكتلة غير المرئية هي الهيدروجين الجزيئي - الذي لن ينبعث منه إشعاع يبلغ طوله 21 سم - أو كان هناك عدد خافت من النجوم القديمة. لا يمكن استبعاد فرضية الهيدروجين الجزيئي ، لكن فكرة وجود مجموعة غير مرئية من النجوم كانت جذابة. لسبب واحد ، كانت غيوم HI تشبه إلى حد كبير الغيوم البدائية اللازمة لتشكيل المجرة. إذا كانت مناطق HI هذه بدائية بالفعل ، فإن هذه النجوم الخافتة كانت ستدعمها ضد الانهيار الجاذبية لمليارات السنين.

الشكل 5 ، Lequex و Viallefond 1980. توضح خريطة مناطق HI في المجرة أن ثلاثة (المسمى 1 و 2 و 5) كبيرة بما يكفي لحلها ، في حين أن الآخرين هي مصادر نقطة. المناطق 1 و 4 و 5 هي الأكثر ضخامة.

بدأت الصورة في الظهور. أشارت مقارنة انبعاث ليمان المتواصل مع انبعاث الأشعة فوق البنفسجية البعيدة إلى أن انفجار تشكيل النجوم يجب أن يكون قد بدأ قبل بضعة ملايين سنة ، ويرجع ذلك على الأرجح إلى تصادم عدة غيوم هيدروجينية. قبل ذلك ، كان هناك تشكيل لنجوم حمراء داكنة على نطاق أصغر ، ولكن ليس بما يكفي لإثراء المجرة أكثر من وفرة الأوكسجين المرصودة المنخفضة المقترحة. لذلك ، يجب أن تكون النجوم المتكونة في I Zwicky 18 قريبة جدًا من نجوم Population III.

أي نوع من النجوم نتعامل معه؟

الشكل 1 ، Kehrig وآخرون. 2015. صورة مركبة (الهيدروجين ألفا + الأشعة فوق البنفسجية + الفرقة) للعقدة المضيئة في المجرة القزمية التي تظهر انبعاثات هيليوم مكثفة.

استمرت الفكرة على مدى العقود القليلة المقبلة ، وأصبح علماء الفلك مهتمين بتحديد طبيعة هؤلاء النجوم الصغار. كانت مجموعة واحدة (Kehrig et al. 2015) مهتمة بشكل خاص بتحديد نوع النجوم الضخمة التي يمكن أن تفسر بشكل أفضل خط He II λ4686 ، وهو مؤشر للإشعاع الصلب والمواد المؤينة للنجوم الساخنة في مناطق تشكيل النجوم HII. كان هناك اثنين من الجناة ممكن:

  • نجوم Wolf-Rayet من النوع المبكر ، والتي يُعتقد أنها مسؤولة عن الكثير من انبعاثات He II λ4686 في المجرات المكونة للنجوم.
  • صدمات وثنائيات الأشعة السينية ، والتي تم العثور عليها أيضا في مناطق HII خارج المجرة.
  • نجوم O الفقيرة للغاية بالمعادن ، أو - إلى أبعد من ذلك - نجوم O خالية تمامًا من المعدن ، على غرار نجوم Population III.

استبعدت المجموعة نجوم وولف رايت بسرعة. كانت التواقيع الرئيسية لنجوم وولف رايت التي تفتقر إلى المعدن واضحة بشكل واضح في الأطياف ، ولكن الرقم المستنتج على أساس خط C IV-1550 كان صغيراً للغاية بحيث لا يمكن حساب جميع انبعاثات الهيليوم. وبالمثل ، تم تجاهل الاحتمال الثنائي للأشعة السينية لأن الثنائي الوحيد للأشعة السينية الموجود كان خافتًا جدًا بعامل 100.

الشكل 2 ، Kehrig وآخرون. 2015. تظهر منطقة ذات انبعاث عالي Hα و He II 684686 قليل التداخل مع انبعاث [OI] λ6300 ومنخفض [S II] ، مما يستبعد احتمال حدوث صدمات بالأشعة السينية.

ومع ذلك ، يمكن لمجموعة من ربما عشرات النجوم أو نحو ذلك خالية من المعادن من مئات الكتل الشمسية أو أكثر بنجاح إعادة إنتاج خط He II λ4686 المرصود. توجد جيوب من الغاز بالقرب من عقدة في الحافة الشمالية الغربية للمجرة تخلو من المعادن وستوفر بيئة مناسبة لتكوين هذه النجوم ، على الرغم من وجود نجوم غنية بالكيماويات أيضًا هناك أيضًا. تقدم نماذج معينة من الكتلة العالية للغاية (~ 300 كتلة شمسية) بديلاً لهذه النجوم الخالية من المعادن ، ولكن في ضوء الملاحظات السابقة ، لا تزال النماذج الخالية من المعادن مغرية.

في الوقت الحالي ، لا يمكن لتلسكوباتنا اكتشاف النجوم الخاصة بالسكان III. حتى يتمكنوا من ذلك ، لا يزال بإمكاننا معرفة الكثير عن الكون المبكر من خلال دراسة مجرات قزم مدمجة زرقاء مثل I Zwicky 18. النظير منخفضة الانزياح الأحمر ، وخالية من المعادن من النجوم الأولى في الكون قريبة بما فيه الكفاية بالنسبة لنا للدراسة اليوم. المجرة الأكثر فقراً بالمعادن في الكون هي مكان جيد للبدء.