الملخص

يعرض المقال التحديات المعاصرة لاكتشاف كوازارات ذات إزاحة حمراء ضمن نطاق معين تتميز بتوفيرها لمعلومات عن بداية حياة الكون. كما يستعرض المقال استخدام طرق جديدة لاختيار وفرز الألوان ساعدت في الكشف عن هذا النوع من الكوازارات ضمن النطاق المطلوب.

تمكن علماء الفلك من تحديد مواقع 16 كوازارًا[1]جديدًا من ذوات الإزاحة الحمراء العالية وذلك باستخدام تقنية جديدة لاختيار الألوان. هذا الاكتشاف قد يشكل أهمية كبيرة في فهم المراحل المبكرة من عمر الكون، حيث أن الأجسام شبه النجمية ذات الإزاحة الحمراء العالية، كهذه الكوازارات، توفر أدلة أساسية حول تطور المادة ما بين المجرات، وتطور الكوازار وأيضًا نمو الثقب الأسود العملاق المبكر. وقد تم عرض الاكتشاف في ورقة نُشرت في العاشر من مارس على موقع أركايف (arXiv).

نتيجةً لكثافتها الفضائية المنخفضة وصعوبة تمييزها عن النجوم المعروفة باسم الأقزام الباردة فإنه من العسير رصد أماكن وجود الكوازارات ذات الإزاحة الحمراء العالية (≥5.0) بواسطة تقنيات اختيار اللون التقليدية. فمن بين أكثر من 300,000 كوازاراً مكتشَفَة حتى الآن، يوجد منها290 كوازاراً فقط ذو إزاحة حمراء ≥5.0. يهتم المجتمع العلمي على وجه الخصوص بتلك الكوازارات ذات الإزاحة الحمراء المتراوحة قيمتها بين 5.3 و5.7، وذلك بسبب ألوانها المرئية والتي تماثل تلك التي تملكها النجوم من النوع المتأخر. وإلى الآن تم تحديد حوالي 30 فقط من هذه الأجسام.

بهدف سد هذه الفجوة، قام فريق من علماء الفضاء بقيادة جيني يانغ (Jinyi Yang) من جامعة بكين في الصين (Peking University in Beijing-China) بتطوير تقنية جديدة اختيار اللون البصرية/تحت الحمراء. وهي طريقة مبنية على البيانات البصرية الضوئية للأشعة تحت الحمراء القريبة والمتوسطة المستمدة من الماسحات السماوية الرقمية المأخوذة عن الماسحات الفلكية (SDSS)[2]  و (ULAS)[3] و (VHS)[4] وأيضًا.(WISE)[5]

أثبتت الطريقة نجاحها حيث تمكن الباحثون بواسطتها من اكتشاف 16 كوازارًا ساطعًا جديدًا بإزاحة حمراء ضمن النطاق المطلوب. المشاهدات سُجلت بين أكتوبر سنة 2014 ونوفمبر سنة 2015.

كتب فريق الباحثين: “في هذه الورقة، نسجل نتائج أولية من بحث جديد ركّز على اختيار كوازارات ذات إزاحة حمراء تساوي تقريبًا 5.5“.

من بين هذه الأجسام المكتشفة حديثاً وُجِد أن (J152712.86+064121.9) هو الأعلى من حيث إزاحتها الحمراء -تحديدًا 5.59. ويظهر للجسم إشعاع ليمان-ألفا قويًّا وأيضًا مادةً بين-مجرية بامتصاص عالِ للأزرق لخط لايمان-ألفا.

وهناك كذلك كوازار جديد آخر تم اكتشافه أثار اهتمام علماء الفلك وهو (J113414.23+082853.3) يملك إزاحة حمراء بقيمة 5.57. وهو كوازار ذو خط ضعيف بإشعاع ليمان-ألفا ضعيف جدًّا ودون مميزات إشعاعية أخرى. إلا أن الفريق كشف عن أن إزاحته نحو الأحمر تم قياسها بطريقة محاكاة الاستمرارية مع القالب؛ لذا فإن الخطأ في حساب إزاحته الحمراء تعتبر أكبر من الكوازارات الأخرى.

يؤكد العلماء على أهمية بحثهم هذا، منوهين لإمكانيته على مساعدتنا لتحقيق فهم أفضل لتطور الكوازارات ذات الإزاحة الحمراء بقيم تتراوح بين 5.0 و6.0، خلال حقبة ما بعد إعادة التأين.

كُتِبَ في الورقة البحثية أيضًاً أن “الظروف الفيزيائية للمادة بين-مجرية في حقبة ما بعد إعادة التأين، عند إزاحة نحو الأحمر تتراوح بين 5 و6، تقدم لنا الظروف الحدية الأساسية لنماذج إعادة التأين، مثل التطور في الحرارة بين-مجرية، ومتوسط المسار الحر للفوتون، التركيبة المعدنية للكواكب وتأثير إعادة تأين الهيليوم. فهي تضع قيودًا شديدة على طوبولوجيا إعادة التأين مثلما تضعها على مصادر إعادة التأين والإرجاع الكيميائي الناجم عن تكون المجرات المبكرة.”

الآن يخطط فريق البحث لنشر ورقة جديدة سيتم فيها استعراض عينة أوسع من الكوازارات ذات الإزاحة الحمراء العالية. هذه الدراسة ستحوي البيانات المستقاة من الماسحات الفلكية المذكورة سابقاً.

موجز

نحن نقدم نتائج أولية من المسح المنتظم الأول لكوازارات متوهجة بإزاحة حمراء تساوي تقريبًا 5.5. إن الكوازارات ذات الإزاحة الحمراء ~5.5 في الحقبة ما بعد إعادة التأين هي أدوات مهمة وحاسمة لاستكشاف تطور المادة بين المجرية وتطور الكوازار وأيضًا نمو الثقب الأسود فائق الحجم المبكر. وعلى كل حال، لقد كان التحدي كبيرًا في عملية اختيار الكوازارات عند إزاحة حمراء تتراوح قيمتها بين 5.3 و5.7 باستخدام اختيارات اللون التقليدية، وذلك نظرًا لمماثلة ألوانها البصرية مع تلك التي تملكها نجوم النوع المتأخر وخاصة الأقزام الحمراء (M Dwarfs)، ناتجًا في فجوة واضحة في الانزياح نحو الأحمر في التوزيع الاحتمالي للانزياح نحو الأحمر الخاص بالكوازار. لقد طورنا تقنية اختيار جديدة لكوازرات انزياحها نحو الأحمر يقارب 5.5، تقنية تعتمد على البيانات الضوئية للأشعة تحت الحمراء القريبة والمتوسطة من كلٍّ من الماسحات ((SDSS و (VHS) و (WISE) و (ULAS).

من قراءاتنا الأولية من الماسحات المذكورة اكتشفنا 15 كوازارًا جديدًا إزاحتها الحمراء تتراوح بين 5.3 و5.7، وكذلك تم اكتشاف 6 كوازارات أخرى بإزاحة أقل نحو الأحمر باستخدام حزمة لونية أسطع من 20.5. بالإضافة إلى كوازارين آخرين إزاحتهما نحو الأحمر تساوي تقريبًا 5.5 تم تضمينها في عمل نُشر في وقت سابق، الآن نحن بصدد تشكيل عينة متكونة من 17 كوازارًا بإزاحة نحو الأحمر تتراوح بين 5.3 و5.7 وفي مساحة رصد تقدّر بحوالي 4800 درجة مربعة. ولتطبيق أكثر تقدمًا لرصد مساحة أكبر فإننا نستخدم تقنيتنا لعمل اختيار اختباري باستخدام البيانات الجديدة المسجلة من المجال الواسع ذي الحزمة (J) والمسجلة من نسخة أولية من الماسح UHS[6]. تم بنجاح اكتشاف أول كوازار بإزاحة نحو الأحمر قيمتها تقريبًا 5.5 من اختيار UHS.

ترجمة: أميرة سالم محمد

مراجعة: عبد اللطيف الرباح

Twitter @al3lm

 phys.orgastronomers

[1] هي عبارة عن مجرات لامعة جداً وبعيدة جداً، ويُعتقد أن لمعانها ناجم عن قيام ثقب أسود فائق الكتلة وموجود في مركزها بابتلاع المادة

[2] Sloan Digital Sky Survey

[3] UKIRT InfraRed Deep Sky Surveys – Large Area Survey (ULAS)

[4] VISTA Hemisphere Survey (VHS)

[5] NASA’s Wide field Infrared Survey Explorer (WISE)

[6] UKIRT Hemisphere Survey (UHS)