درب التبانة هي موطن لمئات المليارات من النجوم مرتبة في نمط حلزوني مجيد. لكن بعيدًا عن الحلزونية الواضحة، تتمتع مجرتنا بخصائص فيزيائية أخرى. وهي مقسمة إلى انتفاخ المجرة، وقرص المجرة، وهالة المجرة.
وينقسم القرص أيضًا إلى قرص رفيع وقرص سميك. إنها ليست مختلفة من الناحية الهيكلية فحسب، بل إن مجموعاتها النجمية وخصائصها الأخرى مختلفة.
يحتوي القرص الرقيق على نجوم شابة، ونجوم متوسطة العمر مثل شمسنا. إنها تحمل الأذرع الحلزونية، حيث تتواجد شمسنا، وتحمل أيضًا معظم غاز وغبار درب التبانة، وهي المكان الذي تتشكل فيه النجوم الشابة. كما أنها تتمتع بمعدن أعلى، تولدها الأجيال السابقة من النجوم التي عاشت وماتت.
يكون القرص السميك أكثر انتفاخًا وانتشارًا من القرص الرقيق. فهي تحتوي على نجوم قديمة، ولا تتشكل هناك أي نجوم جديدة تقريبًا. يتمتع بمعدن أقل بكثير من القرص الرقيق، ويشير إليه علماء الفلك أحيانًا على أنه نوع من السجل الأحفوري النجمي.
يتصارع علماء الفلك من أجل فهم كيفية تكوين هذه الأقراص، ودرب التبانة ككل. أدت الملاحظات إلى تفسيرات متعددة. في إحداها، تولد النجوم في القرص الرقيق، ومع مرور الوقت، تؤدي المواجهات مع سحب الغاز أو الأذرع الحلزونية أو حتى الشريط المركزي إلى اضطراب بعض هذه النجوم. يدفعهم التشتت الديناميكي بعيدًا عن مستوى القرص الرفيع.
ويقول تفسير آخر أنه عندما تتشكل النجوم في القرص الداخلي، فإن الغاز الذي تتشكل منه يستقر في قرص أرق. في هذا السيناريو، يتشكل كل جيل متتالي من النجوم في قرص رقيق بشكل متزايد.
يجد علماء الفلك صعوبة في التمييز بين هذه التفسيرات المتنافسة. ويعتمد على قياسات دقيقة لأعمار النجوم الفردية. وهذا أمر يصعب تحقيقه، خاصة بالنسبة للنجوم الأكبر سنا.
استخدم بحث جديد في مجلة The Astrophysical Journal Letters بيانات غايا لمعالجة هذه المشكلة. إنه بعنوان “تسوية على مرحلتين لقرص درب التبانة تم الكشف عنها من خلال عصور ChronoGal الدقيقة”، والمؤلف الرئيسي هو ديفيد ميرابال. ميرابال هو باحث ما قبل الدكتوراه في معهد الفيزياء الفلكية في جزر الكناري (IAC).
كتب المؤلفون في رسالتهم البحثية: “إن التوزيع المكاني لنجوم القرص المجري من مختلف الأعمار والمعادن يشفر تاريخ تطورها الديناميكي ومسارات تكوينها”. “إن الافتقار إلى أعمار دقيقة للعينات التمثيلية الكبيرة من النجوم كان تقليديًا عائقًا للتمييز الآمن بين سيناريوهات التكوين المقترحة لشرح الخصائص الرأسية لقرص درب التبانة.”
يعتمد هذا العمل على البيانات الواردة في Gaia Data Release 3 (DR3)، الذي تم إصداره في يونيو 2022. هذا البحث هو واحد من العديد من الأبحاث الصادرة عن تعاون بين الباحثين، والتي تهدف إلى فك رموز أعمار النجوم في مجموعات الأقراص الرقيقة والسميكة. في هذه الدراسة، استخدم المؤلفون مخططًا لحجم اللون لبيانات جايا. ومن ذلك، اشتقوا توزيعات العمر المعدني للمجموعات النجمية. كما قاموا بدراسة شكلهم الرأسي، وموقعهم في أي من القرصين.
في وقت سابق من تاريخ الكون، كان الغاز في مجرة درب التبانة أكثر اضطرابا وكانت المجرة منتفخة عموديا أكثر، كما لو كانت قرصا واحدا سميكا. ولدت النجوم وهي تدور في القرص السميك. وعندما هدأ الغاز بمرور الوقت وأصبح أقل اضطرابًا، فقد برد وانكمش، مما أدى إلى تكوين قرص أرق داخل القرص السميك. لقد حدث تغير كبير منذ حوالي 10.8 مليار سنة، أي بعد ملياري سنة من الانفجار الكبير، حيث تشكل القرص الرقيق، مع احتفاظ النجوم الأقدم بمداراتها في القرص السميك.
إن وجود انقطاع واضح في العملية منذ حوالي 10.8 مليار سنة هو الحجة الرئيسية في هذا البحث. تغير معدل الاستقرار الرأسي بشكل جذري في هذا الوقت تقريبًا.
“لقد وجدنا دليلاً على أن معدل انخفاض ارتفاع المقياس تغير بشكل جذري (~ 10.85) قبل جيران: في الأعمار الأكبر، يكون التطور حادًا للغاية، مع انخفاض hZ (ارتفاع المقياس العمودي) من أكثر من 1.26 إلى ∼ 0.5 كيلو فرسخ فلكي في 2 جير فقط؛ وبعد ذلك، يكون الترقق تدريجيًا جدًا، مع hZ ∼ 0.1 كيلو فرسخ فلكي للمجموعات الأصغر سنًا،” كما كتب المؤلفون.
لذا، قبل حوالي 10.85 جير، أصبح القرص مسطحًا بسرعة. وفي حوالي 2 مليار سنة فقط، انخفض سمكها من حوالي 4100 سنة ضوئية إلى حوالي 1600 سنة ضوئية فقط. بعد ذلك، أصبح الرقة أكثر تدريجيًا، حيث وصل سمكها إلى حوالي 400 سنة ضوئية فقط.
هذا الرقم من البحث مليء بالمعلومات التي يمكن لأدمغة الفيزياء الفلكية المتجعدة فك شفرتها. بالنسبة لبقيتنا، الجزء المهم هو الانخفاض الحاد في الارتفاع العمودي، منذ حوالي 10.8 مليار سنة. يحدث هذا عندما يتوقف القرص عن الترقق بشكل كبير، تاركًا النجوم القديمة في مدارات في القرص السميك، أعلى بكثير أو أسفل القرص الرقيق المتبقي. حقوق الصورة: ديفيد ميرابال وآخرون 2026 ApJL 1010 L38
وهذا يعني أن البنية الرأسية لمكونات القرص نمت من الطبقة السميكة إلى الداخل، وهو سيناريو مقلوب. لم تكن النجوم القديمة الموجودة في القرص السميك متناثرة هناك بسبب التفاعلات مع سحب الغاز أو الأذرع الحلزونية أو أشياء أخرى؛ لقد ولدوا هناك عندما كان القرص أكثر سمكًا بشكل عام. مع مرور الوقت، ولدت أجيال من النجوم في قرص أرق على التوالي.
يوضح الباحثون: «يشير الاستقرار العمودي المبكر والسريع للغاية للقرص إلى عملية تكوين مقلوبة بشكل أساسي في أوقات مبكرة، عندما يتكون مكون القرص السميك بشكل أساسي». “بفضل الأعمار الدقيقة والاكتمال العالي، تظهر نتائجنا مرحلتين تطوريتين واضحتين تعتمدان على الوقت لقرص المجرة، مما يسمح بتجميع صورة شاملة للعمليات الفيزيائية المسؤولة عن تاريخ التجميع على مرحلتين لقرص المجرة.”
وهذا خلق ما نراه اليوم. يحتوي القرص السميك على نجوم أقدم فقيرة بالمعادن ولا يوجد تقريبًا أي غاز لتكوين النجوم الجديدة. يحتوي القرص الرقيق على نجوم أصغر سنا، وهو موقع معظم تشكل النجوم، ويحمل معظم الغاز للنجوم الجديدة.
“وهكذا فإننا نؤيد بقوة السيناريو التطوري المحدد بمرحلتين زمنيتين متميزتين: حقبة أولية شديدة الاضطراب أدت إلى ولادة القرص السميك، وفترة لاحقة أكثر هدوءًا من التطور العلماني واستقرار الغاز التدريجي، الذي شكل القرص الرقيق”، كما كتب المؤلفون.
وقال المؤلف الرئيسي ميرابال في بيان صحفي: “هذه النتيجة تحل مشكلة كلاسيكية في الفيزياء الفلكية”. وقال: “في عمليات المحاكاة، كان كلا النموذجين لتكوين القرص ممكنين، ولكن كان هناك نقص في الأدلة الرصدية لتحديد أي منهما حدث في درب التبانة. وهذا هو أول دليل رصدي واضح لصالح أحد النموذجين للمرحلة المبكرة للمجرة. وقد كان ذلك ممكنًا بفضل الدقة العالية التي حققناها في العصور الأقدم”.
