اكتشف باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أقدم النجوم في الكون

اكتشف علماء الفلك ثلاثة نجوم قديمة تدور حول بعضها البعض درب التبانةهالة تشكلت قبل 12-13 مليار سنة.

معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا اكتشف الباحثون ثلاثة من أقدم النجوم في الكون، وهم يعيشون في جوارنا المجري.

عثر الفريق، الذي يضم العديد من الطلاب الجامعيين، على نجوم في “هالة” درب التبانة – وهي سحابة النجوم التي تحيط بالمجرة الرئيسية بأكملها. وبناءً على تحليل الفريق، تشكلت النجوم الثلاثة منذ ما بين 12 و13 مليار سنة، في الوقت الذي تشكلت فيه المجرات الأولى.

ولأنهم يعتقدون أن كل نجم كان ينتمي في السابق إلى مجرته الصغيرة البدائية، فقد أنشأ الباحثون نجوم “SASS” التي امتصتها فيما بعد مجرة ​​درب التبانة الأكبر حجمًا والتي لا تزال تنمو. واليوم، لا تزال هناك ثلاثة نجوم في مجراتها. إنهم يدورون حول ضواحي درب التبانة، حيث يشتبه الفريق في احتمال وجود المزيد من الناجين من مثل هذه النجوم القديمة.

طريقة جديدة لدراسة النجوم القديمة

وقالت آنا فريبل، أستاذة الفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “كما نعلم عن تكوين المجرات، لا بد أن هذه النجوم القديمة موجودة. إنها جزء من شجرة عائلتنا الكونية”. الآن هناك طريقة جديدة للعثور عليهم.

وعندما يعثرون على نجوم SASS مماثلة، يأمل الباحثون في استخدامها كنظيرات للمجرات القزمة متناهية الصغر، والتي يُعتقد أنها أولى المجرات الباقية في الكون. ولا تزال مثل هذه المجرات موجودة حتى يومنا هذا، ولكنها بعيدة جدًا، ومن المستحيل على علماء الفلك فحصها بعمق. ربما كانت نجوم SASS تنتمي ذات يوم إلى مجرات قزمة بدائية مماثلة، ولكن نظرًا لقربها الشديد من درب التبانة، فقد تكون مفتاحًا يسهل الوصول إليه لفهم تطور المجرات القزمة متناهية الصغر.

يحتفظ الباحثون بملف مليء بالبيانات حول النجوم التي جمعوها على مر السنين، بما في ذلك سطوع النجوم مع مرور الوقت. من اليسار إلى اليمين: أناندا سانتوس، كيسي فاينبرج وآنا فريبل. شكر وتقدير: بإذن من الباحثين

يقول فريبل: “الآن يمكننا البحث عن المزيد من النظيرات في مجرة ​​درب التبانة، والتي هي أكثر سطوعًا بكثير، ودراسة تطورها الكيميائي دون مطاردة هذه النجوم الخافتة جدًا”.

نشرت هي وزملاؤها النتائج التي توصلوا إليها في 14 مايو الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية (MNRAS).. المؤلفون المشاركون في الدراسة هم محمد مارديني من جامعة سرقا في الأردن؛ هيلاري أنداليس ’23؛ والطلاب الجامعيين الحاليين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أناندا سانتوس وكيسي فاينبرج.

ردود الفعل في الفصل الدراسي تؤدي إلى الابتكار الرئيسي

نشأت النتائج التي توصلت إليها المجموعة من مفهوم الفصل الدراسي. خلال الفصل الدراسي لخريف 2022، قدم فريبل دورة جديدة تسمى 8.S30 (علم الآثار النجمية الرصدية)، حيث يتعلم الطلاب تقنيات تحليل النجوم القديمة ثم تطبيق تلك الأدوات على النجوم غير المستكشفة سابقًا لتحديد أصولها.

يقول أنداليس: “بينما يتم تدريس معظم فصولنا الدراسية من الألف إلى الياء، فإن هذا الفصل يضعنا على الفور في مقدمة أبحاث الفيزياء الفلكية”.

عمل الطلاب على البيانات النجمية التي جمعها فريبل على مر السنين من تلسكوب ماجلان-كلاي الذي يبلغ قطره 6.5 متر في مرصد لاس كامباناس. واحتفظ بنسخ ورقية من البيانات في ملف كبير في مكتبه، حيث كان الطلاب يبحثون عن النجوم محل اهتمامهم.

وعلى وجه التحديد، بحثوا عن النجوم القديمة التي تشكلت في وقت مبكر .الانفجار العظيموالتي حدثت قبل 13.8 مليار سنة. في ذلك الوقت، كان الكون يتكون في الغالب من الهيدروجين والهيليوم، مع وفرة منخفضة جدًا من العناصر الكيميائية الأخرى مثل السترونتيوم والباريوم. لذلك نظر الطلاب إلى رابط فريبل للنجوم ذات الأطياف، أو قياسات ضوء النجوم، التي تشير إلى مستويات منخفضة من السترونتيوم والباريوم.

تحليل النجوم القديمة

تم تضييق نطاق بحثهم على ثلاثة نجوم تم رصدها لأول مرة بواسطة تلسكوب ماجلان بين عامي 2013 و2014. لم يتبع علماء الفلك أبدًا هذه النجوم تحديدًا لتفسير أطيافها واكتشاف أصولها. لقد كانوا مرشحين مثاليين للطلاب في فصل Freebell.

تعلم الطلاب كيفية تصنيف النجوم تمهيداً لتحليل أطياف كل نجم من النجوم الثلاثة. ويمكن تحديد التركيب الكيميائي لكل منها من خلال عينات نجمية مختلفة. إن شدة خاصية معينة في الطيف النجمي، المقابلة لطول موجة معين من الضوء، تتوافق مع وفرة معينة من عنصر معين.

بعد الانتهاء من تحليلهم، تمكن الطلاب من الاستنتاج بثقة أن النجوم الثلاثة تحتوي على مستويات منخفضة جدًا من العناصر الأخرى مثل السترونتيوم والباريوم والحديد مقارنة بنجمهم المرجعي، شمسنا. في الواقع، يحتوي النجم على أقل من 1/10000 من كمية الهيليوم الحديدية الموجودة في الشمس اليوم.

يتذكر سانتوس قائلاً: “لقد استغرق الأمر ساعات طويلة من التحديق في جهاز الكمبيوتر، والكثير من تصحيح الأخطاء، والرسائل النصية المحمومة، ومراسلة بعضنا البعض عبر البريد الإلكتروني لمعرفة ذلك”. “لقد كان منحنى تعليميًا ضخمًا وتجربة خاصة.”

“في حالة فرار”

تشير الوفرة الكيميائية المنخفضة للنجوم إلى أنها تشكلت لأول مرة قبل 12 إلى 13 مليار سنة. في الواقع، كانت بصماتها الكيميائية المنخفضة مشابهة لتلك التي قام علماء الفلك بقياسها سابقًا لبعض المجرات القزمة القديمة متناهية الصغر. هل ظهر نجوم الفريق في مجرات مشابهة؟ وكيف وصلوا إلى درب التبانة؟

وفي حالة الضرورة، اختبر العلماء الأنماط المدارية للنجوم وكيفية تحركها عبر السماء. تقع النجوم الثلاثة في مواقع مختلفة في جميع أنحاء هالة درب التبانة، ويقدر أنها تبعد حوالي 30 ألف سنة ضوئية عن الأرض. (كمرجع، يمتد قرص مجرة ​​درب التبانة على 100000 سنة ضوئية).

باستخدام ملاحظات حركة كل نجم حول مركز المجرة من القمر الصناعي Gaia الفلكي، لاحظ الفريق شيئًا غريبًا: يبدو أن معظم النجوم الموجودة في القرص الرئيسي، والتي تتحرك مثل السيارات على مسار السباق، تحتوي على النجوم الثلاثة جميعها. تسير في الطريق الخطأ. في علم الفلك، يُطلق على هذا اسم “الحركة الرجعية” وهي إشارة إلى “تراكم” جسم ما أو أخذه من مكان آخر في وقت ما.

يقول فريبل: “الطريقة الوحيدة التي يمكن للنجوم من بقية الجمهور أن يسيروا بها في الاتجاه الخاطئ هي أن ترميهم في الاتجاه الخاطئ”.

آفاق المستقبل والبحوث

وتدور هذه النجوم الثلاثة بطرق مختلفة تمامًا عن بقية قرص وهالة المجرة، بالإضافة إلى حقيقة أنها تحتوي على وفرة كيميائية أقل، مما يؤكد أن النجوم كانت بالفعل قديمة وكان عمرها يومًا ما. تستمر المجرات القزمة الصغيرة في مساراتها العنيدة بعد مليارات السنين من سقوطها في درب التبانة بزوايا عشوائية.

من باب الفضول لمعرفة ما إذا كانت الحركة التراجعية هي سمة من سمات النجوم القديمة الأخرى في الهالة التي درسها علماء الفلك سابقًا، بحث فريبل في الأدبيات العلمية ووجد 65 نجمًا ذات وفرة منخفضة من السترونتيوم والباريوم في درب التبانة.

يقول فريبل: “من المثير للاهتمام أن جميعها سريعة جدًا، مئات الكيلومترات في الثانية، وتسير في الاتجاه الخاطئ”. “إنهم هاربون! لا نعرف السبب، لكنها قطعة اللغز التي نحتاجها، ولم أتوقعها عندما بدأنا.

يتوق الفريق إلى البحث عن نجوم SASS قديمة أخرى، والآن أصبح لديهم وصفة بسيطة نسبيًا: أولاً، ابحث عن النجوم ذات الوفرة الكيميائية المنخفضة، ثم راقب أنماطها المدارية بحثًا عن علامات الحركة التراجعية. ومن بين أكثر من 400 مليار نجم في مجرة ​​درب التبانة، يتوقعون أن تنتج هذه الطريقة عددًا صغيرًا ولكن مهمًا من أقدم النجوم في الكون.

تخطط فريبل لاستئناف الفصل الدراسي هذا الخريف، وتنظر إلى الدورة الأولى بإعجاب وامتنان للطلاب الثلاثة الذين أخذوا نتائجهم إلى النشر.

“العمل مع ثلاث طالبات جامعيات أمر رائع. يقول: “إنها المرة الأولى بالنسبة لي. إنها حقًا مثال على طريقة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. نحن نفعل. ومن يقول: أريد المشاركة، يمكنه أن يفعل ذلك، وسوف يحدث الخير.

المرجع: هيلاري ديان أنداليس، أناندا سانتوس فيغيريدو، كيسي جوردون فاينبرج، محمد ك. مارتيني وآنا فريبل، 14 مايو 2024، “وفرة عنصر التقاط النيوترونات المنخفضة وأصول النجوم البدائية في المجرات القزمة القديمة” الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.
دوى: 10.1093/mnras/stae670

تم دعم هذا البحث جزئيًا من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم.