الملخص:
اعتقد علماء الفلك منذ فترة طويلة أن انفجارات المستعرات الأعظم في بداية الكون يمكن أن تفتح قنوات للضوء فوق البنفسجي عالي الطاقة من خلال تدفقات قوية من الغاز، مما يساعد الضوء على اختراق الغاز والغبار داخل المجرات، مما يدفع الكون بأكمله في النهاية إلى الانتقال من حالة معتمة إلى حالة شفافة. ومع ذلك، وجدت دراسة حديثة باستخدام تلسكوب هابل الفضائي دليلاً يتعارض مع هذا التفسير التقليدي: في بعض المجرات، كلما كان تدفق الغاز أسرع، قل الإشعاع المؤين الذي يمكن أن يهرب.
نُشر هذا البحث في مجلة "Nature Astronomy" في 15 أكتوبر 2026. ومن خلال مراقبة المجرات النجمية القريبة، وجد الباحثون أن الرياح المجرية القوية الناجمة عن المستعرات الأعظمية ربما لم تفتح طريقًا للضوء فوق البنفسجي، ولكنها بدلاً من ذلك زادت من حجب الإشعاع بواسطة الغاز المحايد والغبار. توفر هذه النتيجة أدلة جديدة لفهم كيف أنهى الكون المبكر "عصوره المظلمة" الطويلة ويعني أيضًا أن العلماء قد يحتاجون إلى إعادة دراسة دور المستعرات الأعظم في عملية إعادة التأين للكون.
بعد الانفجار الكبير، مر الكون بعملية طويلة من التوسع والتبريد. في البداية، كانت المادة الموجودة في الكون تتكون بشكل رئيسي من الهيدروجين والهيليوم وعناصر أخرى. ومع انخفاض درجة الحرارة، اتحدت البروتونات والإلكترونات لتكوين ذرات متعادلة. وبعد ذلك، وقبل ظهور النجوم والمجرات الأولى، كان الكون يفتقر إلى الأجرام السماوية التي يمكنها أن تبعث ضوءًا قويًا بشكل مستمر، وبالتالي دخل ما يعرف باسم "العصور المظلمة" للكون.
بدأت الأمور تتغير بعد تشكل النجوم والمجرات الأولى. يمكن للنجوم الشابة والساخنة والضخمة أن تبعث ضوءًا فوق بنفسجيًا عالي الطاقة، وبعض الفوتونات نشطة بما يكفي لتأين ذرات الهيدروجين، مما يتسبب في فقدان ذرات الهيدروجين المحايدة في الأصل لإلكتروناتها وتصبح بروتونات موجبة الشحنة. مع توسع المناطق المتأينة وترابطها، يصبح الغاز الموجود بين المجرات أكثر نفاذية للضوء.
وتسمى هذه العملية "إعادة التأين الكوني". إنها نقطة تحول مهمة في تاريخ تطور الكون. فهو لا يغير الحالة الفيزيائية للغاز بين المجرات فحسب، بل يحدد أيضًا ما إذا كان الإشعاع عالي الطاقة المنبعث من المجرات المبكرة يمكن أن ينتشر إلى الفضاء البعيد.
ومع ذلك، فإن الضوء فوق البنفسجي المنبعث من النجوم الشابة لا يهرب بالضرورة من المجرة مباشرة. يمتلئ الجزء الداخلي من المجرة بالغاز والغبار، ويمكن للهيدروجين المحايد الموجود فيها أن يمتص بشكل فعال الضوء فوق البنفسجي ذي الأطوال الموجية المحددة. وحتى لو كان النجم قادرًا على إنتاج كمية كبيرة من الإشعاعات المؤينة، فإذا تم امتصاص هذا الضوء من قبل المواد المحيطة به، فسيكون من الصعب التأثير على الغاز الكوني خارج المجرة.
من أجل شرح كيفية هروب الإشعاع المؤين، اقترح العلماء سابقًا آلية مهمة: يتعرض النجم الضخم لانفجار مستعر أعظم في نهاية تطوره، مما يؤدي إلى إطلاق طاقة هائلة ودفع الغاز المحيط به للتحرك نحو الخارج بسرعة عالية. من الناحية النظرية، يمكن لهذه الانفجارات أن تشتت الغاز داخل المجرة، مما يخلق قنوات أقل كثافة تسمح للأشعة فوق البنفسجية القادمة من النجوم الشابة باختراق المجرة بسهولة أكبر.
تم دمج هذا التفسير في العديد من عمليات المحاكاة الكونية. لكن الملاحظات الجديدة تظهر أن رياح المجرة التي تحركها المستعرات الأعظم لا تساعد دائمًا على الهروب من الإشعاع، وفي بعض الحالات قد يكون لها تأثير معاكس.
استخدم فريق البحث مطياف الأصول الكونية التابع لتلسكوب هابل الفضائي لمراقبة ست مجرات قريبة من الانفجار النجمي. تشير مجرة الانفجار النجمي إلى مجرة ذات نشاط نشط للغاية في تكوين النجوم والقدرة على إنتاج عدد كبير من النجوم الجديدة في كل وحدة زمنية. يتيح لهم قربهم النسبي من الأرض دراسة تفاصيل مثل حركة الغاز وتكوين النجوم وانتشار الإشعاع، ويساعد العلماء على فهم العمليات المماثلة التي ربما حدثت في الكون المبكر البعيد.
وقام الباحثون بتحليل أطياف الأشعة فوق البنفسجية لهذه المجرات، وقاسوا نسبة الهروب من الإشعاع المؤين، واستخدموا خصائص امتصاص الغاز لتحديد سرعة الرياح المجرية. ونظرًا لأن الغاز عند سرعات مختلفة يترك خصائص الامتصاص في مواضع وعرض مختلفة في الطيف، فيمكن للباحثين استنتاج تدفق الغاز ومقارنة العلاقة بين الرياح المجرية وهروب الإشعاع.
تظهر النتائج أنه من بين المجرات المشاركة في الدراسة، كلما زادت سرعة الرياح المجرية، انخفضت نسبة الإشعاع المؤين الذي يمكنه الهروب. وبعبارة أخرى، كلما كان تدفق الغاز أقوى، كلما كان من الصعب على الضوء فوق البنفسجي الموجود داخل المجرة اختراق المواد المحيطة.
يعتقد الباحثون أن هذا قد يكون بسبب انفجارات المستعرات الأعظم التي تضخ كمية كبيرة من الطاقة إلى الغاز الموجود حول المجرة، مما يؤدي إلى اضطراب التوزيع المستقر نسبيًا للغاز والغبار. على الرغم من أن التدفقات الخارجية يمكن أن تدفع المواد إلى الأطراف الخارجية للمجرات، إلا أنها قد تسبب أيضًا الهيدروجين المحايد والغبار لتشكيل عائق أوسع في اتجاهات معينة، مما يقلل من فرصة هروب الإشعاع المؤين.
وهذا يعني أنه كلما زادت الرياح المجرية الغازية، أصبح من الأسهل هروب الضوء فوق البنفسجي. ويعتمد تأثيره الفعلي على كثافة الغاز وتوزيعه وحركته، بالإضافة إلى المسار المحدد للإشعاع المنتشر داخل المجرة. قد تؤدي حركة الغاز القوية إلى تأثيرات إزالة وحجب في نفس الوقت، ويجب الحكم على أي منها هو المهيمن من خلال الملاحظات الفعلية.
اقترح فريق البحث أنه قد تكون هناك مرحلة مبكرة مهمة للهروب من الإشعاع المؤين: بعد تكوين النجوم الضخمة وقبل انفجارات السوبرنوفا الأولى واسعة النطاق، ربما يكون الإشعاع الذي تنتجه النجوم الشابة قد بدأ في اختراق الغاز المحيط بها. عندما تنفجر المستعرات الأعظم واحدًا تلو الآخر وتتشكل تدفقات غازية قوية إلى الخارج، قد يتم قمع هروب الإشعاع.
من الواضح أن هذا التفسير يختلف عن النظرية التقليدية. غالبًا ما أكدت النماذج السابقة على أن انفجارات المستعرات الأعظم يمكن أن تخلق بيئة أكثر ملاءمة لانتشار الإشعاع المؤين عن طريق تنظيف المواد داخل المجرات. تشير الأبحاث الجديدة إلى أن تدفق الغاز الناتج عن المستعرات الأعظمية قد لا يكون شرطًا ضروريًا لبدء الهروب الإشعاعي. على الأقل في بعض مراحل تطور المجرات، قد يلعب إشعاع النجوم الشابة نفسها والبنية الغازية المحيطة بمنطقة تكوين النجوم دورًا أكثر مباشرة.
وقال ستيفن ماكاندلس، الباحث في جامعة جونز هوبكنز، إن الملاحظات تظهر أن الطاقة التي يضخها المستعر الأعظم إلى البيئة المحيطة قد تزيد من تغطية الغاز المحايد والغبار الذي يحجب الإشعاعات المؤينة. يتطلب هذا الاكتشاف من العلماء مواصلة دراسة كيفية تغيير الإشعاع والرياح النجمية للنجوم الشابة في محيطها قبل حدوث نشاط المستعر الأعظم المكثف.
كما أشار سين رينيو، الباحث في جامعة تشجيانغ، إلى أن المستعرات الأعظم لعبت دائمًا دورًا مهمًا في محاكاة ديناميكيات الموائع الكونية التي تفسر هروب الإشعاع المؤين. تشير الدراسة إلى أن عمليات المحاكاة تحتاج إلى النظر بعناية أكبر في كيفية تأثير الإشعاع والرياح النجمية الصادرة عن النجوم الشابة على الغاز داخل المجرات قبل انفجار المستعرات العظمى الأولى.
ومع ذلك، فإن هذه الدراسة لم تراقب المجرات بشكل مباشر خلال فترة إعادة التأين للكون. ونظرًا لأن إعادة التأين حدثت منذ حوالي 13 مليار سنة، فلا يستطيع الباحثون تحليل حركة الغاز داخل المجرة في ذلك الوقت بشكل مباشر، كما يمكنهم ذلك من خلال مراقبة المجرات القريبة. لذلك، اختاروا مراقبة المجرات النجمية القريبة واستخدام هذه الأجسام سهلة الدراسة نسبيًا لاختبار الآليات الفيزيائية المحتملة التي كانت موجودة في الكون المبكر.
وهذا يعني أيضًا أن استنتاجات البحث لا تزال بها قيود معينة. هناك ست مجرات فقط في هذه العينة، لذلك لا يمكن إثبات أن رياح المستعرات الأعظم في جميع المجرات تمنع هروب الإشعاعات المؤينة. يمكن أن تختلف الكتل ومعدلات تكوين النجوم والتركيبات الكيميائية وهياكل الغاز في المجرات المختلفة بشكل كبير، ويمكن أن تعمل الآليات المعنية بشكل مختلف في بيئات مختلفة.
يخطط فريق البحث للحصول على مزيد من وقت المراقبة باستخدام تلسكوب هابل، وتوسيع حجم العينة، ومواصلة دراسة العلاقة بين نسبة تسرب الإشعاع وسرعة تدفق الغاز في المجرات المختلفة. المزيد من الملاحظات ستساعد في تحديد ما إذا كان الهروب الإشعاعي شائعًا في النجوم الشابة وما هو الدور الذي تلعبه انفجارات السوبرنوفا في العملية برمتها.
بالنسبة لدراسة إعادة التأين الكوني، فإن السؤال الرئيسي ليس فقط متى ظهرت النجوم والمجرات الأولى، ولكن أيضًا كيف مر الضوء عالي الطاقة الذي أنتجته عبر مجراتها وأثر على البيئة الكونية الأوسع. حتى لو كانت المجرات المبكرة قادرة على إنتاج ضوء فوق بنفسجي قوي بما فيه الكفاية، إذا لم يتمكن هذا الإشعاع من الإفلات، فإن تأثيره على الغاز بين المجرات سيظل محدودًا.
يشير هذا الاكتشاف الذي قام به هابل إلى أن عملية ظهور الكون من "ضباب" الهيدروجين البدائي قد تكون أكثر تعقيدا من النماذج البسيطة السابقة. لا تستطيع انفجارات السوبرنوفا إعادة تشكيل توزيع المادة داخل المجرات فحسب، بل قد تعيق أيضًا انتشار الإشعاع المؤين في ظل ظروف معينة. ومع تراكم المزيد من بيانات الرصد، من المتوقع أن يواصل العلماء توضيح التفاعلات بين النجوم الشابة والمستعرات الأعظمية والغاز والغبار، وإعادة بناء صورة لتطور الكون من الظلام إلى الشفافية.
التعليقات