عندما تحدث عمليات الاندماج الكبرى للمجرات ذات الحجم المماثل في الكون ، فإنها تشكل نجوم جديدة من غاز الهيدروجين والهيليوم الموجود داخلها. يمكن أن يؤدي ذلك إلى زيادة كبيرة في تكوين النجوم ، على غرار ما نلاحظه داخل المجرة القريبة Henize 2-10 ، التي تبعد 30 مليون سنة ضوئية. (الأشعة السينية (NASA / CXC / VIRGINIA / A.REINES ET AL) ؛ RADIO (NRAO / AUI / NSF) ؛ OPTICAL (NASA / STSCI))

ما كان عليه الحال عندما شكلت المجرات أكبر عدد من النجوم؟

منذ أكثر من 10 مليارات عام ، انخفض معدل تكوين النجوم في جميع أنحاء الكون. ها هي القصة.

ألقِ نظرة على مجموعة واسعة من المجرات في الكون ، وستجد مجموعة مختلفة تمامًا من القصص. أكبرها هي اهليلجيات عملاقة ، لم يشكل الكثير منها أي نجوم جديدة خلال النصف الأخير من تاريخنا الكوني بأكمله. تشبه العديد من المجرات الحلزونية طريقنا اللبني ، حيث يشكّل عدد قليل من المناطق نجومًا جديدة ، لكن المجرة الكلية هادئة إلى حد كبير. تمر بعض المجرات بفترات سريعة ومكثفة من تكوين النجوم ، من اللوالب المتفاعلة المليئة بالملايين من النجوم الجديدة إلى المجرات النجمي غير النظامية ، حيث تتحول المجرة بأكملها إلى منطقة مكونة للنجوم.

ولكن في المتوسط ​​، تكون معدلات تكوين النجوم الجديدة اليوم هي أدنى مستوياتها منذ المراحل المبكرة القصوى من الكون. تشكلت غالبية النجوم في الكون في أول مليار إلى ثلاثة مليارات سنة فقط ، وانخفض معدل تكوين النجوم منذ ذلك الحين. ها هي القصة الكونية وراءها.

توضح الصورة المركبة Hubble / Spitzer من مجموعة المجرة SpARCS1049 + 56 كيف يمكن للاندماج الغني بالغاز (الوسط) أن يؤدي إلى تكوين نجوم جديدة. (NASA / مؤسسة العلوم التلسكوبية / ESA / JPL-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا / MCGILL)

في الأيام الأولى للكون ، أصبحت المادة أكثر كثافة مما هي عليه اليوم. هناك سبب بسيط للغاية لذلك: هناك كمية ثابتة من المواد في الكون الذي يمكن ملاحظته ، ولكن نسيج الفضاء نفسه يتوسع. لذلك تتوقع ، عندما كان الكون أصغر سناً ، أن يكون هناك المزيد من تكوين النجوم ، لأن المزيد من المادة ستكون أقرب إلى بعضها البعض لتكتل وتشكل النجوم.

ولكن أيضا في الأيام الأولى ، كان الكون أكثر اتساقا. في وقت الانفجار الكبير الحار ، كانت المناطق الأكثر كثافة جميعها أكثر كثافة بنسبة 0.01٪ فقط من المنطقة المعتادة المعتادة ، ولذا فإن هذه المناطق الكثيفة النمو تستغرق وقتًا طويلاً لتنمو وتجمع ما يكفي من المواد لتكوين النجوم والمجرات ، وحتى الهياكل أكبر. في وقت مبكر ، لديك عوامل تعمل لصالحك وضدك.

تشكل المجرات التي تمر حاليًا بتفاعلات أو عمليات دمج للجاذبية دائمًا أيضًا نجوم جديدة زاهية ومشرقة. الانهيار البسيط هو الطريقة لتكوين النجوم في البداية ، ولكن معظم أشكال النجوم التي نراها اليوم تنتج عن عملية أكثر عنفًا. الأشكال غير المنتظمة أو المضطربة لمثل هذه المجرات هي توقيع رئيسي على أن هذا ما يحدث. (ناسا ، ESA ، P. OESCH (جامعة جنيف) ، M. M. MONTES (جامعة ويلز الجنوبية الجديدة))

الطريقة التي تشكل بها النجوم واضحة تمامًا: احصل على كمية كبيرة من الكتلة معًا في نفس المكان ، اتركها تبرد وتنهار ، وتحصل على منطقة جديدة لتكوين النجوم. في كثير من الأحيان ، يمكن أن يتسبب الزناد الخارجي الكبير ، مثل قوى المد والجزر من كتلة كبيرة أو قريبة أو مادة سريعة الانطلاق من انفجار سوبر نوفا أو أشعة غاما ، في حدوث هذا النوع من الانهيار وتكوين النجوم الجديد أيضًا.

نرى هذا في الكون القريب ، سواء في مناطق داخل مجرة ​​، مثل سديم الرتيلاء في سحابة ماجلاني الكبيرة ، وكذلك على مقاييس المجرات بأكملها نفسها ، كما هو الحال في ميسيير 82 (مجرة السيجار) ، التي يتم الجاذبية يتأثر جاره ، ميسييه 81.

مجرة النجمي ميسيير 82 ، مع طرد المادة كما هو موضح بالطائرات الحمراء ، كانت هذه الموجة من التكوين النجمي الحالي ناجمة عن تفاعل جاذبية وثيق مع جارتها ، المجرة الحلزونية اللامعة ميسير 81. (ناسا ، إيسا ، ذا هابل فريق التراث ، (STSCI / AURA) ؛ شكر وتقدير: M. MOUNTAIN (STSCI) ، P. PUXLEY (NSF) ، J. GALLAGHER (U. WISCONSIN))

ولكن أكبر محفز لتشكيل النجوم هو خلال ما يسميه الفلكيون اندماجًا كبيرًا. عندما تصطدم مجرتان متشابهتان وتندمجان معًا ، يمكن لموجة ضخمة من تكوين النجوم أن تغلف المجرة بأكملها ، مما يسبب ما نسميه انفجار نجمي. هذه هي أكبر حالات تكوين النجوم في الكون ، وبعضها يحدث حتى اليوم.

هل هذا يعني أن تكوين النجوم ما زال يحدث بنفس المعدلات ، أو بالقرب منها ، كما في ذروتها؟ بالكاد. معظم عمليات الدمج الرئيسية هذه بعيدة بالفعل عن المرآة الخلفية لتاريخ الكون. توسع الكون هو ظاهرة لا هوادة فيها ، تماما مثل الجاذبية. المشكلة هي أن هناك منافسة جارية ، وفقد الجاذبية منذ وقت طويل.

جميع مصائر الكون المتوقعة (الرسوم التوضيحية الثلاثة الأولى) جميعها تتوافق مع الكون حيث تحارب المادة والطاقة مع معدل التمدد الأولي. في الكون الذي نلاحظه ، يحدث التسارع الكوني بسبب نوع من الطاقة المظلمة ، والذي لم يتم تفسيره حتى الآن. تخضع كل هذه الأكوان لمعادلات فريدمان ، التي تربط توسع الكون بأنواع مختلفة من المادة والطاقة الموجودة فيه. (E. سيجل / وراء المجرة)

إذا كان الكون مصنوعًا بنسبة 100٪ من المادة ، وكان معدل التمدد الأولي وكثافة المادة متوازنين تمامًا مع بعضهما البعض تمامًا ، فسنعيش في الكون الذي سيكون له دائمًا عمليات اندماج كبرى في المستقبل. لن يكون هناك حد لحجم الهيكل واسع النطاق الذي شكل:

  • سوف تندمج مجموعات النجوم في المجرات الأولية ،
  • ستندمج المجرات الأولية في مجرات صغيرة وصغيرة ،
  • ستندمج تلك المجرات في اللوالب الكبيرة التي لدينا اليوم ،
  • سوف دمج اللوالب معا لتشكيل بيضاوي الشكل العملاقة ،
  • سوف اللوالب وبيضاوي الشكل الوقوع في مجموعات ،
  • مجموعات سوف تصطدم وتشكل superclusters ،
  • وسوف تتشكل الحشود الفائقة معًا ، مما يؤدي إلى الضخمة ،

وهلم جرا. مع مرور الوقت ، لن يكون هناك حدود للنطاق الذي نما ونمت فيه الشبكة الكونية.

الشبكة الكونية للمادة المظلمة والبنية واسعة النطاق التي تشكلها. المسألة الطبيعية موجودة ، ولكنها ليست سوى 1/6 من مجموع المسألة. 5 / 6s الأخرى هي المادة المظلمة ، وأي كمية من المادة الطبيعية سوف تتخلص من ذلك. إذا لم تكن هناك طاقة مظلمة في الكون ، فستستمر البنية في النمو والنمو على نطاقات أكبر وأكبر مع مرور الوقت. (محاكاة الألفية ، خامسا SPRINGEL وآخرون.)

لسوء الحظ ، هذا ليس معجبي النجوم الجديدة ، هذا ليس عالمنا. إن كوننا أقل أهمية من ذلك بكثير ، ومعظم المواد التي لدينا ليست مادة على شكل نجوم على الإطلاق ، بل هي شكل من أشكال المادة المظلمة. بالإضافة إلى ذلك ، تأتي معظم طاقة الكون في شكل طاقة مظلمة ، والتي تعمل فقط على تفكيك الهياكل غير المحدودة.

ونتيجة لذلك ، لا نحصل على أي هياكل واسعة النطاق مرتبطة بأحجام مجموعات المجرات. بالتأكيد ، ستندمج بعض مجموعات المجرات معًا ، لكن لا يوجد شيء اسمه الكتلة الفائقة ؛ هذه الهياكل الظاهرة هي مجرد خيالات ، يتم تدميرها مع استمرار الكون في التوسع.

مجموعة Laniakea الفائقة ، التي تحتوي على درب التبانة (النقطة الحمراء) ، على مشارف برج العذراء (مجموعة بيضاء كبيرة بالقرب من درب التبانة). على الرغم من النظرات الخادعة للصورة ، إلا أنها ليست بنية حقيقية ، لأن الطاقة المظلمة ستؤدي إلى تفكيك معظم هذه الكتل ، وتفتيتها مع مرور الوقت. (TULLY، R. B.، COURTOIS، H.، HOFFMAN، Y & POMARÈDE، D. NATURE 513، 71–73 (2014))

بالنظر إلى الكون الموجود لدينا ، إذن ، كيف يبدو تاريخ تشكيل النجوم؟ تتشكل النجوم الأولى بعد 50 إلى 100 مليون سنة ، عندما تتراكم السحب الجزيئية الصغيرة على قدر كافٍ من الانهيار. عندما يصل عمر الكون إلى حوالي 200 - 250 مليون سنة ، اندمجت مجموعات النجوم الأولى معًا ، مما أدى إلى موجة جديدة من تكوين النجوم وتشكيل أقرب المجرات. عندما يصل عمر الكون إلى 400-500 مليون سنة ، نمت أكبر المجرات بالفعل إلى بضعة مليارات من الكتل الشمسية: حوالي 1٪ من كتلة درب التبانة.

بعد ذلك بقليل ، بدأت مجموعات المجرات الأولى في التكوّن ، وأصبحت عمليات الدمج الرئيسية شائعة ، وبدأت الشبكة الكونية تزداد كثافة. في أول 2 إلى 3 مليارات سنة من الكون ، يستمر معدل تكوين النجوم في الارتفاع فقط.

حضانة نجمية في Cloud Magellanic Cloud ، وهي مجرة ​​فضائية من درب التبانة. قد تبدو هذه العلامة الجديدة القريبة من تكوين النجوم في كل مكان ، ولكن المعدل الذي تتشكل به النجوم الجديدة اليوم ، في جميع أنحاء الكون بأسره ، لا يمثل سوى نسبة ضئيلة من ما كان عليه في ذروته المبكرة. (ناسا ، ووكالة الفضاء الأوروبية ، وهابل فريق الإرث (STSCI / AURA) - تعاون إيسا / هابل)

هذا الارتفاع ، ومع ذلك ، لا يستمر إلى ما بعد هذه النقطة. بعد حوالي 3 مليارات سنة من العمر ، يبدأ معدل تكوين النجوم في الانخفاض ، وينخفض ​​بشكل مستمر ومستمر بعد ذلك.

ما الذي يحدث لسبب ذلك؟

وهناك عدد من العوامل ، وكلها تعمل جنبا إلى جنب. تتشكل النجوم من غاز الهيدروجين والهيليوم (في الغالب) الذي ينهار ويشعل الاندماج النووي. يزيد هذا الانصهار الضغط الداخلي ، ويعمل على طرد الكثير من المواد المكونة للنجوم. عندما تتجمع المجرات معاً لتشكيل مجموعات ومجموعات ، تزداد إمكانات الجاذبية ، لكن الوسيط بين المجرات يحصل أيضًا على المزيد من المواد داخلها. هذا يعني أنه مع تسارع المجرات عبر مناطق أكثر كثافة في الفضاء ، يتم تجريد جزء كبير من هذه المواد التي يحتمل أن تكون نجمة.

واحدة من أسرع المجرات المعروفة في الكون ، حيث تسرع من خلال مجموعتها (وتجريدها من غازها) بمعدل قليل من سرعة الضوء: آلاف الكيلومترات / الثانية. تتشكل مسارات النجوم في أعقابها ، بينما تستمر المادة المظلمة مع المجرة الأصلية. (ناسا ، ESA ، جان بول كنيب (LABORATOIRE D’ASTROPHYSIQUE DE DE MARSEILLE) ET AL.)

بالإضافة إلى ذلك ، تتم معالجة المزيد والمزيد من المواد الموجودة في هذه المجرات مع مرور الوقت: مليئة عناصر أثقل وأثقل. في دراسة جديدة قام بها علماء جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد ، وجدوا أن أقدم مجرة ​​تكون النجوم ، هي أبطأ من النجوم.

باستخدام بعض مجموعات SpARCS الخاصة بها المكتشفة حديثًا ، اكتشفت الدراسة الجديدة التي تقودها UCR أن المجرة تستغرق وقتًا أطول للتوقف عن تكوين النجوم مع تقدم العمر: 1.1 مليار سنة فقط عندما كان الكون صغيرًا (عمره 4 مليارات سنة) ، 1.3 مليار سنة عندما يكون الكون في منتصف العمر (6 مليارات سنة) ، و 5 مليارات سنة في الكون الحالي.

بمعنى آخر ، تتشكل النجوم الجديدة بمعدل أسرع في وقت مبكر وبمعدل أبطأ اليوم. أضف طاقة مظلمة ، والتي تقيد التكوين الإضافي من التكوين ، وستحصل على وصفة لكون هادئ للغاية.

تعد مجموعة Pandora ، المعروفة رسميًا باسم Abell 2744 ، تحطيمًا كونيًا لأربع مجموعات من المجرات المستقلة ، يتم تجميعها جميعًا تحت قوة الجاذبية التي لا تقاوم. قد تكون الآلاف من المجرات واضحة هنا ، لكن الكون نفسه يحتوي ربما على تريليوني منها. (ناسا ، ESA ، و J. LOTZ ، M. MOUNTAIN ، A. KOEKEMOER ، و HFF TEAM)

دعنا نجمع كل ذلك الآن. في وقت مبكر ، كان هناك الكثير من المواد البكر (أو أكثر البكر) ، والعديد من عمليات الاندماج من المجرات الحجم مماثلة تحدث. عندما اندمجت المجرات الكبيرة في التجمعات ، كانت في البداية تشكل مجموعات في ذلك الوقت ، مما يعني أنه كان هناك تعرية جماعية أقل وانفجارًا أكبر عندما تتفاعل المجرات. وعلى الرغم من أن المجرات أكبر اليوم مما كانت عليه في ذلك الوقت ، فإنها لا تزال كبيرة بعد بضعة مليارات من السنين ، وكانت عمليات الدمج أكثر شيوعًا.

أخيرًا ، وفقًا للدراسات الأكثر شمولية التي أجريت على الإطلاق ، انخفض معدل تكوين النجوم بنسبة هائلة بلغت 97٪ منذ أقصى حد لها قبل 11 مليار عام.

وصل معدل تكوين النجوم إلى الذروة عندما كان عمر الكون حوالي 2.5 مليار عام ، وكان يتراجع منذ ذلك الحين. في الماضي القريب ، انخفض معدل تكوين النجوم فعليًا ، بما يتوافق مع هيمنة الطاقة المظلمة. (د. سوبرال وآخرون (2013) ، MNRAS 428 ، 2 ، 1128-1146)

انخفض معدل تكوين النجوم ببطء وثبات لبضعة مليارات من السنين ، وهو ما يتوافق مع حقبة ما زال فيها الكون يهيمن على المادة ، ويتألف فقط من المزيد من المواد المصنعة والمسنين. كان هناك عدد أقل من عمليات الدمج من حيث العدد ، ولكن تم تعويض ذلك جزئيًا عن طريق دمج الهياكل الأكبر ، مما أدى إلى مناطق أكبر تتشكل فيها النجوم.

ولكن منذ حوالي 6 إلى 8 مليارات سنة من العمر ، بدأت تأثيرات الطاقة المظلمة في جعل وجودها معروفًا على معدل تكوين النجوم ، مما تسبب في انخفاضها بشكل كبير. إذا كنا نريد أن نرى أكبر رشقات نارية من النجوم ، فليس لدينا خيار سوى النظر بعيدا. الكون البعيد جدًا هو المكان الذي كان فيه تكوين النجوم في أقصى درجاته ، وليس محليًا.

حددت كاميرا هابل المتقدمة للمسوحات عددًا من مجموعات المجرات البعيدة. إذا كانت الطاقة المظلمة ثابتًا فلكيًا ، فستبقى كل هذه الكتل مرتبطة بالجاذبية ، مثل كل مجموعات المجرات والمجموعات ، ولكنها ستتسارع بعيدًا عنا وعن بعضها البعض مع مرور الوقت حيث تستمر الطاقة المظلمة في السيطرة على توسع الكون. تعرض هذه التجمعات البعيدة معدلات تشكيل النجوم أكبر بكثير من المجموعات التي نلاحظها اليوم. (ناسا ، وكالة الفضاء الأوروبية ، ج. بلاكيسلي ، م. بوستمان وجي مايلي / إس إس سي آي)

طالما بقي الغاز في الكون والجاذبية لا تزال شيئًا ، ستكون هناك فرص لتشكيل نجوم جديدة. عندما تأخذ سحابة من الغاز وتسمح لها بالانهيار ، فإن حوالي 10٪ فقط من هذه المادة تنتهي في النجوم ؛ يعود الباقي إلى الوسط البينجمي حيث ستحصل على فرصة أخرى في المستقبل البعيد. على الرغم من أن معدل تكوين النجوم قد انخفض منذ الأيام الأولى للكون ، إلا أنه من غير المتوقع أن ينخفض ​​إلى الصفر حتى يبلغ عمر الكون عدة آلاف. سوف نستمر في تشكيل نجوم جديدة لتريليونات على تريليونات من السنين.

ولكن حتى مع كل ما قيل ، فإن النجوم الجديدة أصبحت أكثر ندرة الآن مما كانت عليه في أي وقت في ماضينا منذ أن كان الكون في بدايته. يجب أن نكون قادرين على معرفة كيف ارتفع تكوين النجوم إلى ذروته ، وما هي العوامل التي شكلت معدل تكوين النجوم في الأيام الأولى ، مع ظهور James Webb Space Telescope. نحن نعرف بالفعل كيف يبدو الكون ، وكيف يتراجع اليوم. والخطوة العظيمة التالية ، التي تقع على عاتقنا تقريبًا ، هي أن تتعلم كيف نشأت لتكون على ما كانت عليه في كل خطوة في ماضينا.

مزيد من القراءة حول ما كان عليه الكون عندما:

  • كيف كان حال الكون عندما كان منتفخاً؟
  • كيف كان الوضع عندما بدأ الانفجار الكبير لأول مرة؟
  • كيف كان الحال عندما كان الكون في أحر حالاته؟
  • كيف كان الوضع عندما خلق الكون أول الأمر أكثر من المادة المضادة؟
  • كيف كان الحال عندما أعطى هيغز الكتلة للكون؟
  • كيف كان الوضع عندما صنعنا البروتونات والنيوترونات لأول مرة؟
  • كيف كان الوضع عندما فقدنا آخر مادة مضادة لدينا؟
  • كيف كان شكل الكون عندما صنع عناصره الأولى؟
  • كيف كان الحال عندما صنع الكون الذرات لأول مرة؟
  • كيف كان حال عدم وجود نجوم في الكون؟
  • كيف كان الوضع عندما بدأت النجوم الأولى بإضاءة الكون؟
  • كيف كان حال وفاة النجوم الأولى؟
  • كيف كان شكل الكون عندما صنع الجيل الثاني من النجوم؟
  • كيف كان الحال عندما صنع الكون أول مجرات؟
  • كيف كان الوضع عندما اخترق ضوء النجوم لأول مرة ذرات الكون المحايدة؟
  • كيف كان حال تكوين الثقوب السوداء الهائلة الأولى؟
  • كيف كان الوضع عندما أصبحت الحياة في الكون ممكنة؟

يبدأ تطبيق "بدء بـ A Bang" الآن في مجلة "فوربس" ، ويتم إعادة نشره على "متوسط" بفضل أنصار باتريون لدينا. قام إيثان بتأليف كتابين ، "وراء المجرة" ، وعلم التكنولوجيا: "علم ستار تريك" من ترايكردز إلى وارب درايف.