قياس مباشر من مجرة انفجار نجمي شهيرة
تمكن الفلكيون، للمرة الأولى، من قياس سرعة الغاز فائقة السخونة المتدفق من مجرة الانفجار النجمي M82 مباشرةً، باستخدام أداة Resolve على متن مركبة XRISM. وتمنح هذه النتيجة الباحثين طريقة جديدة لاختبار أفكار راسخة حول كيفية قدرة تشكل النجوم الكثيف ونشاط المستعرات العظمى على توليد رياح قوية تشكل مجرات بأكملها.
ووفقًا لناسا، فإن المادة تتحرك بسرعة تزيد على مليوني ميل في الساعة، أي أكثر من 3 ملايين كيلومتر في الساعة. ويقول الباحثون إن هذه السرعة كافية لتكون المحرك الرئيسي للتدفق الأكبر والأبرد المعروف بالفعل بأنه يمتد لعشرات الآلاف من السنين الضوئية من مركز المجرة. ونُشرت النتائج في 25 مارس في Nature.
تقع M82، التي تُعرف غالبًا بمجرة السيجار، على بُعد نحو 12 مليون سنة ضوئية في كوكبة الدب الأكبر. وتُصنف كمجرة انفجار نجمي لأنها تشكل النجوم بمعدل مرتفع بصورة غير عادية، أسرع بنحو 10 مرات من درب التبانة بالنسبة لمجرة بحجمها. وقد جعلها هذا النشاط الشديد واحدة من أفضل المختبرات لفهم كيف تعيد النجوم والانفجارات النجمية تشكيل الغاز داخل المجرات وتدفع المادة مرة أخرى إلى الفضاء بين المجرات.
لماذا تكتسب النتيجة أهمية
على مدى سنوات، عمل الفلكيون وفق نموذج كلاسيكي لمجرات الانفجار النجمي: إذ تسخن الطاقة الناتجة عن تشكل النجوم وموجات صدمة المستعرات العظمى الغاز قرب مركز المجرة، ويطلق هذا الغاز الساخن تدفقًا يساعد على دفع رياح مجرية أكبر بكثير. لكنهم لم يمتلكوا حتى الآن قياسات السرعة المباشرة اللازمة لاختبار هذه الفكرة بثقة في M82.
تغيّر XRISM ذلك. وقالت ناسا إن الرصودات الجديدة تُظهر أن الغاز الساخن يتحرك بسرعة أكبر مما تنبأت به بعض النماذج. وهذا يجعل الاكتشاف مهمًا لأكثر من مجرة قريبة واحدة. فالرياح المجرية تؤثر في كيفية نمو المجرات، ومدة استمرارها في تكوين النجوم، وكيفية توزيعها للعناصر الثقيلة، وكيفية تفاعلها مع محيطها. وإذا تمكن الفلكيون من قياس سرعة هذه الرياح وتركيبها بدقة أكبر، فسيكون بإمكانهم فهم عمليات التغذية الراجعة التي تنظم تطور المجرات على نحو أفضل.
وقالت إيرين بوتشر من جامعة ماريلاند في كوليدج بارك ومركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا، التي قادت الورقة، إن المهمة وفرت أول فرصة للحصول على قياسات السرعة المطلوبة. وفي ملخص ناسا، تدعم النتيجة فكرة أن المكوّن الساخن من التدفق يمتلك طاقة كافية لدفع المادة حتى الأطراف الخارجية للمجرة.
قوة أداة Resolve في XRISM
اعتمد القياس على التحليل الطيفي عالي الدقة للأشعة السينية في XRISM. والمهمة، التي تقودها جاكسا بالتعاون مع ناسا وبمساهمات من وكالة الفضاء الأوروبية، مصممة لدراسة الظواهر الساخنة وعالية الطاقة عبر الكون. كما طورت ناسا وجاكسا معًا أداة Resolve المستخدمة في هذا العمل.
وتكتسب هذه القدرة أهمية لأن أشد الغاز سخونة في أنظمة مثل M82 يصدر أشعة سينية. ومن خلال فحص الانزياحات الدقيقة في تلك الانبعاثات، يستطيع الفلكيون حساب مدى سرعة حركة الغاز. وفي هذه الحالة، سمح Resolve للباحثين بقياس مكوّن من الرياح المجرية كان من الصعب تحديده مباشرةً من قبل.
وتربط النتيجة بين البيئة المركزية العنيفة في M82 وبنيتها المرئية الأكبر بكثير. فالمجرة معروفة بالفعل برياح باردة من الغاز والغبار تمتد حتى 40 ألف سنة ضوئية من المركز. وتشير بيانات XRISM الجديدة إلى أن تدفقًا أكثر سخونة وأسرع من المركز هو المحرك الرئيسي وراء هذه الظاهرة الأكبر.
مجرة تحت ضغط شديد
مركز M82 مكان نشط على نحو غير عادي. فالتشكل السريع للنجوم يعني ولادة المزيد من النجوم الضخمة، والنجوم الضخمة تعيش سريعًا وتموت بانفجارات عنيفة. وتضخ تلك المستعرات العظمى، إلى جانب الاضطراب والإشعاع المرتبطين بولادة النجوم الكثيفة، كميات هائلة من الطاقة في البيئة المحيطة. والنتيجة هي مرجل من الغاز الساخن قادر على إطلاق المادة إلى الخارج بسرعة استثنائية.
وتعد هذه العملية واحدة من أهم أشكال التغذية الراجعة في الفيزياء الفلكية. فإذا كانت المجرات ستشكل النجوم بلا قيود، فإنها ستستهلك غازها بطريقة مختلفة عما يحدث في الواقع. وتساعد الرياح التي تقودها النجوم أو الثقوب السوداء أو كلاهما على تنظيم الدورة عبر تسخين الغاز وإزالته وإعادة توزيعه. وتوفر M82 رؤية عن قرب لأحد هذه المحركات وهو يعمل.
وتُظهر النتيجة الجديدة أيضًا سبب أهمية الفلك متعدد المراصد. فقد اقترنت إعلانات ناسا عن XRISM بإشارات إلى صور من Chandra وHubble وSpitzer وWebb، والتي تكشف معًا مكونات مختلفة من M82، من مناطق الأشعة السينية الساخنة إلى الغبار الأبرد وضوء النجوم. ويضيف XRISM شيئًا بالغ القيمة إلى هذه الصورة: معلومات مباشرة عن سرعة أشد الغاز سخونة.
ما الذي يمكن أن يتعلمه الباحثون لاحقًا
تعد ورقة 25 مارس خطوة مهمة، لكنها أيضًا بداية. فبمجرد أن يتمكن الفلكيون من قياس سرعة الرياح الساخنة في مجرة انفجار نجمي واحدة جيدة الدراسة، يمكنهم مقارنة تلك الملاحظات بنماذج تطور المجرات وبمجرات أخرى ذات معدلات تشكل نجمي وبنى مختلفة. وقد يساعد ذلك في توضيح متى تهرب الرياح الساخنة، ومتى تتباطأ، ومدى كفاءتها في حمل الكتلة والطاقة بعيدًا عن مراكز المجرات.
وقد يحسن أيضًا فهم كيفية اختلاط العناصر الكيميائية عبر المجرات وقذفها إلى الفضاء المحيط. فالرياح التي تقودها المستعرات العظمى تفعل أكثر من إزالة المادة. فهي تنقل نواتج التطور النجمي، مما يساعد على إثراء البيئات الكونية الأوسع بعناصر أثقل تكونت داخل النجوم.
وفي الوقت الراهن، الخلاصة الأساسية واضحة. فقد تمكّن الفلكيون أخيرًا من قياس سرعة الغاز فائقة السخونة المنبعث من قلب M82، وتشير الأرقام إلى أن التدفق قادر أكثر من كافٍ على دفع الرياح الشهيرة التي تمتد بعيدًا جدًا خارج المجرة نفسها. وهذا يحوّل صورة قائمة منذ زمن طويل إلى نتيجة مقاسة، ويُظهر كيف يمكن لـ XRISM أن يفتح نافذة جديدة على الكون الساخن والديناميكي.
هذه المقالة مبنية على تقرير من science.nasa.gov. اقرأ المقال الأصلي.
