منظور غير مسبوق لنواة مجرتنا
قدمت مصفوفة أتاكاما الكبيرة للموجات الميليمترية والموجات دون الميليمترية أكثر ملاحظاتها طموحاً حتى الآن: فسيفساء شاملة لمنطقة درب التبانة المركزية الجزيئية تمتد لأكثر من 650 سنة ضوئية. تكشف الصورة، الموصوفة بأنها أكبر ملاحظة ألما تم تجميعها على الإطلاق، عن الكيمياء المخفية والهيكل في المنطقة المحيطة بثقبنا الأسود الفائق الكتلة بتفاصيل غير عادية.
تم خياطة الفسيفساء معاً من العديد من الملاحظات الفردية، وتم تجميعها معاً مثل أحجية فضائية لإنشاء عرض يمتد عبر السماء بعرض ثلاثة أقمار كاملة موضوعة جنباً إلى جنب. إنها تمثل المرة الأولى التي يتم فيها مسح منطقة كبيرة جداً من مركز المجرة بدقة ألما، وقد أسفرت البيانات الناتجة بالفعل عن خمس أوراق علمية منشورة في Notices of the Royal Astronomical Society الشهرية، مع ورقة سادسة في المراجعة النهائية.
"هذه هي المرة الأولى التي تمكننا من رؤية المدى الكامل للهياكل الجزيئية التي تغذي قلب مجرتنا،" قال ستيف لونجمور، أستاذ الفيزياء الفلكية بجامعة ليفربول جون مورز وقائد مسح استكشاف منطقة درب التبانة المركزية الجزيئية (ACES). تم جعل مجموعة البيانات متاحة للجمهور من خلال بوابة ألما العلمية، مما يسمح للباحثين في جميع أنحاء العالم باستخراج الاكتشافات منها.
خيوط الغاز البارد وتشكل النجوم
الميزة الأكثر بروزاً بصرياً في الفسيفساء هي الشبكة المعقدة من خيوط الغاز الجزيئي البارد التي تخترق مركز المجرة. كانت هذه الخيوط، التي تمت ملاحظتها في دراسات أصغر ومجزأة من قبل، يتم الكشف عنها بمدىها الكامل للمرة الأولى. تشكل هيكلاً شبكياً يوجه الغاز من المناطق الخارجية لمنطقة درب التبانة المركزية نحو التكتلات الكثيفة حيث تولد نجوم جديدة.
إن فهم كيفية تدفق الغاز عبر هذه الخيوط أمر حاسم لفهم تشكل النجوم في مركز درب التبانة. مركز المجرة هو بيئة مختلفة جداً عن الحي الهادئ نسبياً حيث يقع نظامنا الشمسي. درجات الحرارة أعلى، والمجالات المغناطيسية أقوى، والتأثير الجاذبي للثقب الأسود الفائق الكتلة، ساجيتاريوس أ*، يشكل ديناميكيات كل شيء في متناول يده.
على الرغم من هذه الظروف القاسية، تتشكل النجوم في مركز المجرة، وإن كان بمعدلات وعمليات قد تختلف بشكل كبير عن تشكل النجوم في مكان آخر في المجرة. يوفر مسح ACES البيانات اللازمة لتعيين هذه العمليات بالتفصيل، وتتبع كيفية جمع الغاز البارد وضغطه وفي النهاية انهياره إلى أجسام نجمية جديدة.
كنز كيميائي
بالإضافة إلى البنية الفيزيائية لخيوط الغاز، كشف مسح ألما عن عشرات الجزيئات المختلفة في جميع أنحاء منطقة درب التبانة المركزية. يتراوح المخزون الكيميائي من مركبات بسيطة مثل أحادي أكسيد السيليكون، الذي يتتبع الأحداث العنيفة مثل موجات الصدمة من المستعرات الأعظم، إلى جزيئات عضوية معقدة تشمل الميثانول والأسيتون والإيثانول.
إن وجود هذه الجزيئات العضوية المعقدة في مركز المجرة مهم بالنسبة للكيمياء الفلكية. بينما تم الكشف عن هذه الجزيئات في مناطق أصغر من قبل، يرسم مسح ACES توزيعها في جميع أنحاء منطقة درب التبانة المركزية للمرة الأولى. يسمح هذا للباحثين بدراسة كيف يختلف التعقيد الكيميائي عبر بيئات فيزيائية مختلفة، من الخيوط الخارجية الهادئة نسبياً إلى المناطق المضطربة بالقرب من الثقب الأسود الفائق الكتلة.
الميثانول والأسيتون والإيثانول كلها جزيئات تلعب أدواراً في المسارات الكيميائية التي تؤدي إلى جزيئات عضوية أكثر تعقيداً. وفرتها في مركز المجرة يوحي بأن اللبنات الأساسية للكيمياء قبل الحياة منتشرة على نطاق واسع حتى في أقسى البيئات التي تقدمها مجرتنا، وهو اكتشاف له آثار على فهم الأصول الكيميائية للحياة.
التكنولوجيا وراء الملاحظة
ألما، الموجودة في صحراء أتاكاما في تشيلي على ارتفاع يبلغ حوالي 5000 متر، هي التلسكوب الأقوى في العالم لمراقبة الكون بموجات ميليمترية وموجات دون ميليمترية. هذه الموجات غير مرئية للعين البشرية وللتلسكوبات البصرية ولكنها مثالية لدراسة الغاز البارد والغبار، المواد الخام التي تتكون منها النجوم والكواكب.
مركز المجرة فعلياً غير مرئي عند الأطوال الموجية البصرية لأن سحب الغبار الكثيفة بين النجوم تحجب الضوء المرئي عن المرور. عند الأطوال الموجية اللاسلكية التي تلاحظها ألما، مع ذلك، هذا الغبار شفاف، مما يسمح للتلسكوب بالنظر عبر المادة المعتمة والكشف عن الهياكل والعمليات المخفية خلفها.
كان تجميع الفسيفساء إنجازاً تقنياً مهماً. حقل الرؤية في ألما في أي لحظة معينة صغير نسبياً، لذا فإن مسح منطقة كبيرة مثل منطقة درب التبانة المركزية يتطلب العديد من النقاط الفردية التي كان يجب معايرتها بعناية وخياطتها معاً. مجموعة البيانات الناتجة ضخمة، وتحتوي على معلومات عن البنية الفيزيائية والتكوين الكيميائي للغاز في جميع أنحاء منطقة المسح.
ما يأتي بعد ذلك
من المتوقع أن يولد مسح ACES اكتشافات لسنوات قادمة. تحتوي مجموعة البيانات المفرج عنها للجمهور على معلومات أكثر بكثير مما يمكن لأي مجموعة بحثية واحدة أن تحللها، وقد صممت الفريق الأصلي المسح بشكل صريح ليكون موارد مجتمعية. يمكن للباحثين في جميع أنحاء العالم تحميل البيانات وإجراء تحليلاتهم الخاصة، والبحث عن الظواهر والأنماط التي قد لا تكون الفريق الأصلي قد توقعها.
قادت الباحثات أشلي بارنز وكاثرينا إيمر من المرصد الأوروبي الجنوبي جهود فهرسة الأنواع الجزيئية المكتشفة في المسح وتعيين توزيعاتها المكانية. عملهم، جنباً إلى جنب مع المساهمات من المجتمع الفلكي الأوسع، سيبني تدريجياً صورة كاملة للعمليات الفيزيائية والكيميائية التي تعمل في قلب مجرتنا.
بالنسبة للفلكيين، يمثل الفسيفساء نهاية وبداية في نفس الوقت. إنها تتويج سنوات من الملاحظة ومعالجة البيانات، لكنها أيضاً نقطة الانطلاق لعصر جديد من البحث في مركز المجرة. مع وضع خريطة للمدى الكامل لمنطقة درب التبانة المركزية بدقة ألما، يمكن للباحثين الآن طرح والإجابة على أسئلة حول قلب مجرتنا التي كانت مستحيلة في السابق.
تقوم هذه المقالة على تقارير من Phys.org. اقرأ المقالة الأصلية.
