ليس من المعتاد في كثير من الأحيان أن يحصل طالب في المدرسة الثانوية، الذي تحول إلى المرحلة الجامعية، على ثلاث مجرات تحمل اسمه، خاصة تلك التي تنتهك قواعد تكوين النجوم. اكتشف جوليان شابيرو، وهو طالب فيزياء فلكية حاليًا في جامعة كاليفورنيا في بيركلي، مجرات قزمة غريبة في محيط المجرة الحلزونية الكبيرة M101 أثناء قيامه ببحث حول معدلات تكوين النجوم عندما كان طالبًا في المدرسة الثانوية. يُعرفون الآن باسم شابيرو الأول والثاني والثالث. وفي هذه العملية، أصبح مصدر إلهام للطلاب الآخرين الذين قد يكونون مهتمين بأبحاث الفيزياء الفلكية.
قال شابيرو: “أتصور أن عملي سيكون بمثابة مصدر إلهام للشباب الذين يطمحون إلى متابعة الأبحاث في الفيزياء الفلكية”. “في كثير من الأحيان، توفر المناهج المدرسية مقدمات محدودة لعلم الفلك، ومن الصعب على الطلاب العثور على الإرشاد وبناء الخبرة في هذا المجال. وتوضح ورقتي البحثية أن بيانات التلسكوب الأرشيفية العامة هي أداة حاسمة للاكتشافات الجديدة في فهمنا لعلم الكون وكيفية تطور الكون، وأن علماء الفلك الشباب قادرون على الكشف عن هذه النتائج. “
في بيركلي، يعد شابيرو جزءًا من مجموعة بحثية يقودها عالم الفيزياء الفلكية أليكسي فيليبينكو، الذي يعمل على القياسات الكونية التي أدت إلى تعريفات مختلفة لثابت هابل. كما سيقوم أيضًا بأعمال متابعة على مجرات شابيرو كجزء من تجربته الجامعية. قال فيليبينكو: “أجرى جوليان بعض الأبحاث المتطورة بشكل ملحوظ بينما كان لا يزال في المدرسة الثانوية، وهو أمر غير عادي للغاية وتم الاعتراف به من خلال زمالة ديفيدسون المرموقة”. “أشعر بأنني محظوظ جدًا لأنه اختار جامعة كاليفورنيا في بيركلي لدراساته الجامعية في الفيزياء الفلكية، وخاصة أنه قرر الانضمام إلى فريق البحث الخاص بي.”
الغوص في المجرات القزمة
فلماذا ندرس المجرات القزمة؟ لقد اتضح أنها جزء مهم من تطور المجرات في الكون. المجرات القزمة هي، كما قد تتوقع، مجرات صغيرة تحتوي على ما لا يقل عن ألف نجم وحتى بضعة مليارات من النجوم. إنها تأتي بنكهات وأشكال مختلفة، بدءًا من الأشكال الإهليلجية القزمة والأشكال الكروية إلى الأشكال غير المنتظمة واللوالب الصغيرة. يقترح علماء الفلك أنها تتشكل كجزء من عملية تصادم المجرات، عندما يتم نسج المواد من مجرتين أكبر إلى الفضاء بين المجرات وتتجمع لتصبح مجرة قزمة.
وقال شابيرو، الذي نشر للتو ورقة بحثية عن عمله في مجلة الفيزياء الفلكية: “توجد المجرات القزمة بشكل منعزل وكأقمار صناعية حول مجرات أكبر مثل مجرتنا درب التبانة”. “في عزلة، من المتوقع أن تقوم هذه المجرات بتكوين النجوم بشكل نشط، حيث لا توجد مجرات أكبر لتجريد غازها المكون للنجوم، لكن المجرات التي اكتشفتها تكسر هذه القاعدة. ويجادل ورقتي البحثية بأنها قد تكون من بين أولى المجرات المرشحة التي تم حلها، أو المجرات التي مرت ذات يوم بالقرب من جار كبير، أدى ضغطه إلى إزالة غازها، قبل أن يتم قذفها إلى الخارج”.
من المفترض أن تكون هذه المجرات الخلفية شائعة إلى حدٍ ما في الكون، لكن العثور عليها في منطقتنا المحلية كان أمرًا صعبًا. تم التنبؤ بها من خلال نموذج لامدا للمادة المظلمة الباردة في علم الكونيات، والذي يقول إنها لا ينبغي أن تكون نادرة جدًا. ومع ذلك، فها هم شابيرو الثلاثة، لا يشاركون كثيرًا في تكوين النجوم. السؤال الكبير هو: لماذا لا يصنعون المزيد من النجوم؟ استخدم شابيرو عمليات المحاكاة لمعرفة أن شيئًا خارج تلك المجرات الثلاث كان له تأثير عليها، مما أدى إلى انخفاض معدل تكوين النجوم.
معرفة التفاصيل
توجد مجرات مثل شابيرو 3 في روعة منعزلة نسبيًا في مناطق غنية بالغاز الذي يشكل النجوم. أي مجرات قزمة توقفت عن تكوين النجوم (يسميها علماء الفلك “الإخماد”) موجودة في بيئات مجرية أكثر كثافة سكانية أو تدور حول مجرات مضيفة أكبر. التفاعلات بين الأقزام وإخوتهم الأكبر “تسرق” الغازات اللازمة لولادة النجوم. وهذا ما يفسر عدم قيام المجرات القريبة من المجرات الأخرى بتكوين العديد من النجوم.
تُظهر هذه اللوحات ثلاثًا من المجرات القزمة الخافتة جدًا في مجرة درب التبانة. تعتبر مثل هذه المجرات بمثابة تحقيقات مهمة للظروف في الكون المبكر، على الرغم من أنها (مثل مجرات شابيرو) موجودة في الكون “الأحدث”. حقوق الصورة: DECaLS/DESI Legacy Imaging Surveys/LBNL/DOE & KPNO/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA
تمثل المجرات القزمة الثلاثة التي اكتشفها شابيرو لغزًا: فهي معزولة ومطفأة. إذًا، كيف يمكن أن يكون هذا؟ يستحضر تفسير شابيرو، المبني على عمله في عمليات المحاكاة والملاحظات، رقصة مجرية بين الأقزام ومجرات أكبر حجمًا، ربما M101. واقترح أن شابيرو الثلاثة قد اخترقوا بئر الجاذبية لميسييه 101، المعروف باسم مجرة دولاب الهواء. إذا حدث ذلك، فإن صدمة الاصطدامات والتفاعلات جردت الغاز الذي يشكل النجوم منها. ليس هذا فحسب، بل إن التفاعل دفعهم إلى الفضاء بين المجرات. أحد هذه المجرات القزمة، Shapiro Dwarf Galaxy II، يقع بالقرب من المجرة الحلزونية NGC 5585 لدرجة أنه قد يكون قمرًا صناعيًا لتلك المجرة وليس مشاركًا في التفاعل مع M101.
قضى شابيرو وقتًا طويلاً في تقدير المسافات لتحديد ما إذا كانت المجرات القزمة معزولة حقًا. إذا كانت كذلك، فإن فكرة أنها تشكلت وأخمدت من خلال التفاعلات المجرية يجب أن تساعد في العثور على كائنات أخرى من نفس النوع. وتركز ورقة شابيرو على كيفية تحديد تردد هذه المجرات بناءً على الملاحظات المستقبلية باستخدام مراصد الجيل التالي. وقال: “إن بناء المعرفة الأساسية اللازمة لاكتشاف المجرات، وتطوير كود النمذجة والتحليل، وتحليل النتائج مقارنة بنموذجنا الكوني كان تحديًا”. “لقد كنت محظوظًا لأن العديد من المجلات الرائدة في هذا المجال يمكن الوصول إليها مجانًا، مما ساعدني على فهم التقنيات والخلفية اللازمة.”
ويأمل أن تؤدي قياسات المتابعة من التلسكوبات الفضائية عالية الدقة إلى رسم خريطة نهائية للمواقع الدقيقة للمجرات القزمة، من أجل تحديد ما إذا كان من الممكن أن تكون مجرات باكسبلاش. بالإضافة إلى ذلك، يتوقع شابيرو أن يكشف مرصد Vera C. Rubin الجديد عن العديد من المجرات المحتملة مثل تلك التي اكتشفها.
يقف جوليان شابيرو أمام تلسكوب ريتشارد تريفرز على سطح قاعة كامبل بجامعة كاليفورنيا في بيركلي. الائتمان: شانون كيلي
لمزيد من المعلومات
يؤدي البحث الذي يجريه أحد طلاب جامعة بيركلي إلى تحقيق إنجاز فلكي أولاً
اكتشاف المجرات القزمة المعزولة والمطفأة بالقرب من M101
