المجرات هي موطن لمجتمعات شاسعة من النجوم ، من المحتمل أن يصل عدد بعضها إلى مئات الملايين. ولكن ليست كل هذه الأحياء النجمية تتوهج بنور النجوم. بعض المجرات بعرض مجرة درب التبانة كلها مظلمة. على عكس مجرة أندروميدا وغيرها من المجرات المعروفة ، فإن هذه الوحوش المظلمة لا تحتوي على حلزونات ضخمة من النجوم والغازات ملفوفة حول قلب متوهج. كما أنها ليست كرات مشعة من شموس مكتظة بالسكان. بدلاً من ذلك ، قد لا تكون هذه أكثر من خيط من ضوء النجوم بالكاد يضيء بعض النقاط الضعيفة.
يقول روبرتو أبراهام:"إذا أخذت مجرة درب التبانة ولكنك ألقيت حوالي 99 في المائة من النجوم ، فهذا ما ستحصل عليه". إنه عالم فيزياء فلكية بجامعة تورنتو بكندا.
كيف تتشكل هذه المجرات المظلمة غير واضح. يمكن أن تكون نوعًا جديدًا تمامًا يتحدى الأفكار حول كيفية تشكل هذه المجتمعات النجمية. أو قد تكون متطرفة عن المجرات المألوفة بالفعل - نوع من الخراف السوداء ، شكلتها بيئتها. أينما أتوا ، تظهر المجرات المظلمة في كل مكان. أبلغ علماء الفلك عن الدفعة الأولى في أوائل عام 2015. وأظهرت تلك المجموعة لعلماء آخرين ما الذي يبحثون عنه. في أي وقت من الأوقات ، تم العثور على سكان مظلمين مشابهين يسكنون العديد من مجموعات المجرات القريبة.
يقول إبراهيم:"لقد انتقلنا من لا شيء إلى أكثر من ألف فجأة". "لقد كان رائعًا".
لقد ثبت أن هذا الكم الهائل من المجرات الشبحية محير. يجب ألا تواجه أي مجرة بحجم مجرة درب التبانة مشكلة في تكوين الكثير من النجوم والضوء. لكن لا يزال من غير الواضح مدى كتلة المجرات المظلمة. ربما تكون هذه الكيانات الغامضة مجرات فاشلة. على الرغم من كونها ضخمة مثل عواملنا ، إلا أن بعض العوامل غير المعروفة قد منعتهم من إنجاب عائلة كبيرة من النجوم. أو على الرغم من اتساعها مثل مجرة درب التبانة ، يمكن أن يكون جيراننا المظلمون خفيفين نسبيًا ونحيفين. إذا لم يكن هناك ما يكفي من الكتلة المكثفة بإحكام ، فربما لم يكن لديهم التسخين والكثافة الحرجة لإطلاق الكثير من تشكل النجوم.
في كلتا الحالتين ، مع وجود عدد قليل جدًا من النجوم ، يجب أن تحتوي المجرات المظلمة على رواسب هائلة من المادة غير المرئية. إذا لم يكن الأمر كذلك ، لكانت جاذبية المجرات المجاورة قد فصلتهم عن بعضهم البعض.
لا يستطيع علماء الفلك مقاومة لغز كوني جيد. مع تراكم عدد هذه الكرات الفردية المظلمة ، هناك دافع لمعرفة عدد الكرات الفردية الموجودة وأين يختبئون. يقول ريمكو فان دير بورغ:"هناك أسئلة أكثر من الإجابات". إنه عالم فيزياء فلكية في CEA Saclay ، بالقرب من باريس ، فرنسا. يمكن أن يساعد كسر شفرة المجرات المظلمة العلماء على فهم أفضل لكيفية تشكل وتطور جميع المجرات ، بما في ذلك مجرتنا درب التبانة.
رؤية مثل اليعسوب
أخذ العثور على هذه المجرات الغريبة نوعًا جديدًا من النظر إلى السماء - نظام تلسكوب به كاميرات وبدون مرايا.
القاعدة العامة للتلسكوبات هي أن الأكبر هو الأفضل. يمكن للمرآة أو العدسة الكبيرة جمع المزيد من الضوء لاكتشاف الأجسام الخافتة. ولكن حتى أكبر التلسكوبات لها حدود:الضوء غير المرغوب فيه. كل سطح في التلسكوب هو فرصة للضوء القادم من أي اتجاه لينعكس على الصورة. يظهر هذا الضوء المتناثر على شكل نقاط خافتة أو "أشباح". ويمكن لضوء الشبح هذا أن يغسل التفاصيل الباهتة ، أو حتى يحاكي المجرات الخافتة جدًا.
تبدو المجرات المظلمة الكبيرة مثل هذه الأشباح. هذه هي الطريقة التي مروا بها دون أن يلاحظها أحد لآلاف السنين. حتى بدأ نوع جديد من التلسكوب في مسح السماء.
أطلق عليه اسم اليعسوب ، وقد تم تصميمه للحد من ضوء الشبح هذا. على عكس معظم تلسكوبات التصوير الضوئي ، فهي لا تحتوي على مرايا. يبدو تلسكوب نيومكسيكو في الواقع أشبه بقرص العسل أكثر من كونه مرصدًا تقليديًا. بدأت في عام 2013 كثلاث عدسات تقريب ، كل منها متصلة بكاميرا. لكنها تستمر في النمو. اليوم لديها 48 مجموعة من العدسات والكاميرا. تشير جميعها مرة واحدة لعرض نفس الجزء من السماء. تحافظ الطلاءات الدقيقة المضادة للانعكاس على العدسات على الضوء المتناثر إلى أدنى حد ممكن. الآن ، إذا ظهرت نفس النقطة في كل كاميرا ، فمن المحتمل أنها حقيقية - وليس ضوءًا شاردًا ينعكس في الجهاز.
مستوحى جزئيًا من العين المركبة الموجودة في اليعسوب (ومن هنا جاءت تسميته) ، كشف هذا النطاق الصغير نسبيًا عن مجرات قاتمة فاتتها التلسكوبات الأخرى.
يقول جين كودا:"إنها فكرة ذكية جدًا ورائعة جدًا". إنه عالم فلك في جامعة ستوني بروك في نيويورك. "جعلنا اليعسوب ندرك أن هناك فرصة للعثور على مجموعة جديدة من المجرات خارج حدود ما نعرفه حتى الآن."
في ربيع عام 2014 ، أشار الباحثون إلى دراجونفلاي في غيبوبة. هذه مجموعة كونية مدروسة جيدًا وتحتوي على آلاف المجرات. على مسافة حوالي 340 مليون سنة ضوئية ، تكون الغيبوبة قريبة نسبيًا. قدمت مجموعتها المكتظة من المجرات أرضًا غنية للبحث عن علماء الفلك. كانوا يأملون في التجسس على النجوم البعيدة والتيارات النجمية. قد يقدم هذا دليلاً على المذبحة التي خلفتها مجرات صغيرة بعد اصطدامها لتكوين مجرات أكبر.
قبل ثلاث سنوات ، كان علماء الفلك ينظرون إلى حواف مجرات كوما. وما اكتشفوه كان مفاجأة كاملة:عشرات المجرات الجديدة مختبئة في مرمى البصر.
يقول أبراهام:"كان الناس يدرسون الغيبوبة لمدة 80 عامًا". جنبا إلى جنب مع عالم الفلك بيتر فان دوكوم من جامعة ييل في نيو هافن ، كونيتيكت ، كان يقود الفريق. تساءل إبراهيم:"كيف يمكننا أن نجد شيئًا جديدًا هناك؟" ومع ذلك ، ظهرت 47 مجرة مظلمة منتشرة في جميع أنحاء العنقود. كان العديد منها بحجم مجرتنا درب التبانة تقريبًا - تمتد عشرات الآلاف إلى مئات الآلاف من السنين الضوئية.
كان هذا محيرا. لاحظ فان دوكوم والآخرون ، في سبتمبر الماضي ، أن المجرة بهذا الحجم يجب ألا تواجه مشكلة في تكوين الكثير من النجوم ، في Astrophysical Journal Letters .
كيف نجوا من "المتنمرين"؟
يقول أبراهام إن الأمر الأكثر إثارة للدهشة هو أن تلك المجرات قد نجت وسط حشد من المتنمرين المجريين.
تربط جاذبية المجرة مجتمع النجوم معًا. لكن الجاذبية من المجرات المجاورة يمكن أن تسحب بقوة كافية لتمزيق مجرة أصغر. تحتاج المجرة إلى الثقل لتكوين جاذبية كافية للبقاء على قيد الحياة بمفردها. ستوجد هذه الكتلة كنجوم وغاز ومواد كونية أخرى. في مكان مثل الغيبوبة ، يجب أن تكون المجرة ضخمة إلى حد ما أو مكتظة بكثافة. ولكن مع وجود عدد قليل جدًا من النجوم (والكتلة الصغيرة على الأرجح) المنتشرة على مساحة كبيرة نسبيًا ، كان من المفترض أن يتم تمزيق المجرات المظلمة منذ فترة طويلة بواسطة قاطرات الجاذبية من جيرانها.
هذا يشير إلى أن الأشخاص المظلمين قد يكونون الوافدين حديثًا إلى الغيبوبة. هناك أيضًا احتمال آخر:قد تكون المجرات المظلمة أقوى بكثير مما كانت تظهر للوهلة الأولى.
مما تعلمه الباحثون حتى الآن ، يبدو أن المجرات المظلمة كانت كامنة لعدة مليارات من السنين. يظهرون في جميع أنحاء مجموعات منازلهم. هذا يشير إلى أن لديهم وقتًا طويلاً للانتشار والاختلاط بين المجرات التقليدية. والنجوم الضئيلة الموجودة في المجرات المظلمة حمراء في الغالب وباردة إلى حد ما. يشير ضوءها المنخفض الطاقة إلى احتمال تقدمهم في السن. من أجل بقاء المجرات المظلمة لفترة طويلة ، لديها فقط بعض القوة الخفية. التفسير المحتمل:كميات كبيرة من المادة المظلمة .
يقول العلماء:مادة مظلمة
تحتوي جميع المجرات على الكثير من المادة المظلمة - وهي مادة غامضة لا تكشف عن نفسها إلا من خلال تفاعلات الجاذبية مع الغاز والنجوم المتوهجة. يوجد الكثير من هذه المادة المظلمة على شكل فقاعة ممتدة. تُعرف باسم الهالة ، وهي تصل إلى ما هو أبعد من الحافة المرئية لمجرة موطنها. في المتوسط ، تشكل المادة المظلمة حوالي 85٪ من كل المادة في الكون. ولكن لكي تكون هناك جاذبية كافية للحفاظ على سلامة مجرات كوما المظلمة ، يجب أن تشكل المادة المظلمة حوالي 98 بالمائة من الكتلة في مناطقها الأساسية. هذا ما حسبه فريق فان دوكوم.
إذا كان هذا صحيحًا ، فإن المجرات المظلمة ستبدو أن لديها حصة مماثلة من المادة المظلمة بالقرب من نواتها كما تفعل مجرة درب التبانة في جميع أنحاء هالتها الأوسع. لم ير علماء الفلك أبدًا مثل هذا التفضيل القوي للمادة المظلمة في المجرات الكبيرة جدًا.
جذبت المجموعة الأولية من المجرات المظلمة ذات السمات غير العادية المزيد من الباحثين للبحث عن هذه المجتمعات السماوية الغريبة. قام العلماء بالتمعن في الصور الموجودة للغيبوبة والعناقيد الأخرى. المجرات المظلمة باهتة لدرجة أنها يمكن أن تمتزج بسهولة مع ضوء خلفية العنقود أو يتم الخلط بينها وبين الانعكاسات داخل التلسكوب. ولكن بمجرد أن عرف صيادو المجرات ما الذي يبحثون عنه ، لم يخيب أملهم. تبين أن هؤلاء الـ 47 الأوائل كانوا مجرد قمة جبل الجليد.
في يونيو 2015 ، كان فريق كودا في ستوني بروك يبحث في صور قديمة للغيبوبة التقطتها تلسكوب سوبارو في هاواي. لقد أكدوا بسهولة أن هؤلاء الـ 47 كانوا هناك بالفعل. كما كان هناك الكثير والكثير.
إجمالاً ، اكتشفوا 854 مجرة مظلمة. من بين هؤلاء ، يبدو أن 332 منهم بحجم مجرة درب التبانة تقريبًا. أدت حسابات أخرى الفريق إلى استنتاج أن كوما يمكن أن تؤوي أكثر من 1000 مجرة داكنة من جميع الأحجام. إذا كان هذا صحيحًا ، فسيكون تقريبًا مثل عدد المجرات المعروفة والمضاءة جيدًا!
القصة تستمر أسفل الصورة.
والغيبوبة ليست الموقع الوحيد للمجرات المظلمة. ظهرت ثلاثة أخرى في مجموعة مجرات العذراء ذات الكثافة السكانية المنخفضة. في أغسطس 2015 ، أعلن عالم الفلك كريستوفر ميهوس من جامعة كيس ويسترن ريزيرف في كليفلاند وزملاؤه عن هذا الثلاثي. لا تبعد هذه المجرات سوى 54 مليون سنة ضوئية.
في يونيو 2016 ، أبلغ فان دير بورغ ومعاونيه عن مكاسب مفاجئة أخرى. استخدموا تلسكوبًا فوق Mauna Kea في هاواي لتقييم كتل العديد من مجموعات المجرات. من خلال إلقاء نظرة فاحصة على ثماني مجموعات - كلها على بعد أقل من حوالي 1 مليار سنة ضوئية - وجدت المجموعة ما يقرب من 800 أكثر من منتشر للغاية المجرات المظلمة.
يقول مايكل بيسلي:"عندما ننتقل إلى التلسكوبات الأكبر ، نجد المزيد والمزيد". إنه عالم فيزياء فلكية بمعهد الفضاء الفلكي الإسباني في جزر الكناري في سانتا كروز دي تينيريفي. يقول:"لا نعرف عددهم ، لكننا نعلم أن هناك الكثير منهم". يفترض أنه يمكن أن تكون هناك مجرات مظلمة أكثر من المجرات الساطعة!
ربما تكون بيئة حضانة النجم مهمة
ما هي المجرات المظلمة وكيف تتشكل لا يزال لغزا. بالنسبة لمعظمهم ، يعرف الباحثون فقط مدى حجم ومدى سطوع كل منهم. حتى الآن ، تم قياس كتل ثلاثة فقط. يبدو أن اثنين منهم لديهما المزيد من القواسم المشتركة ، على الأقل من حيث الكتلة ، مع المجرات الصغيرة التي تدور حول درب التبانة. وتتراوح كتلتها الإجمالية بين 70 و 90 مليار ضعف كتلة شمسنا. (للمقارنة ، تقدير أكتوبر 2016 في مجلة الفيزياء الفلكية يضع كتلة مجرتنا درب التبانة بين 650 مليار إلى 700 مليار ضعف كتلة شمسنا. تشير تقديرات أخرى إلى أن مجرتنا قد يكون لها تريليون ضعف كتلة الشمس.)
ومع ذلك ، فإن حوالي واحد في الألف من الكتلة أو أقل في تلك المجرات المظلمة يأتي من النجوم. الباقي مادة مظلمة. هذا يضع الكتل الإجمالية لهاتين المجرتين على قدم المساواة مع سحابة ماجلان الكبيرة. إنها أكبر مجرات تابعة لنا تدور حول مجرتنا درب التبانة. لكن التركيز فقط على كتلة نجومها وسحابة ماجلان الكبيرة تبلغ حوالي 35 ضعف كتلة إحدى تلك المجرات المظلمة و 100 مرة أكبر من الأخرى. شارك بيسلي وزميله إجناسيو تروجيلو ، الذي يعمل أيضًا في معهد تينيريفي ، تحليلهما في 4 أكتوبر في مجلة الفيزياء الفلكية.
أما المجرة المظلمة الثالثة التي تم قياسها ، والتي يطلق عليها اسم دراجونفلاي 44 ، فهي قصة أخرى. إنه وحش مظلم. تزن ما يقرب من مجرة درب التبانة بأكملها ، ومع ذلك فهي مصنوعة بالكامل تقريبًا من المادة المظلمة. أو هكذا أفاد فان دوكوم وزملاؤه في Astrophysical Journal Letters في 1 سبتمبر . يقول بيزلي:"إنه نوع من اللغز". "إذا نظرت إلى عمليات محاكاة تكوين المجرات ، تتوقع أن يكون لديك المزيد من النجوم." لسبب ما ، جاءت هذه المجرة قصيرة - على الرغم من وجود ما يقرب من 1 تريليون ضعف كتلة الشمس.
قد تكون البيئة هي المسؤولة. تنمو مجموعة مثل الغيبوبة بمرور الوقت عن طريق رسم المجرات من المنطقة المحيطة بها. عندما تسقط المجرات في العنقود ، فإنها تشعر برياح معاكسة لأنها تحرث من خلال البلازما الساخنة غاز مؤين - يتخلل الكتلة. يمكن أن تجرد الرياح المعاكسة الغاز من المجرة القادمة. ومع ذلك ، تحتاج المجرات إلى الغاز لتكوين النجوم ، والتي تنشأ عندما تسحق الجاذبية الذاتية كتلة من الغبار والغاز حتى تتحول إلى نووي حراري الفرن.
إذا سقطت مجرة في العنقود عندما بدأت في تكوين النجوم ، فإن هذه الرياح المعاكسة قد تزيل ما يكفي من الغاز لمنع العديد من النجوم من التكون. قد يؤدي ذلك إلى إبقاء هذه المجرة في الظلام إلى حد كبير.
أو ربما هناك بعض الميزات الخاصة بمجرات معينة تجعلها مظلمة. وابل من النجوم المتفجرة (المستعرات الأعظمية) أو انفجار غزير لتكوين النجوم قد ينفخ الغاز خارج المجرة.
كل المجرات تدور. لكن ربما تكون المجرات المظلمة مجموعة فرعية تدور بسرعة كبيرة بحيث تنتشر نجومها وغازاتها. هذه فكرة طرحها نيكولا أموريسكو من معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية في جارشينج بألمانيا ، وأبراهام لوب من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في كامبريدج ، ماساتشوستس. يقترح هذان الزوجان أن المجرات المظلمة ربما بدأت كأحياء صغيرة التي نسجت بسرعة عندما تشكلت. من الممكن أن يكون هذا قد حولهم إلى فقاعات متناثرة بدلاً من آلات بناء النجوم. لقد وصفوا الفكرة في رسائل الإخطارات الشهرية الصادرة عن الجمعية الفلكية الملكية في آذار (مارس) 2016.
القصة تستمر أسفل الصورة.
لمعرفة المزيد. . .
لاختبار هذه الأفكار وغيرها ، يركز علماء الفلك على معلومتين أساسيتين:كتل هذه المجرات ومكان جلوسها. يمكن أن تساعد الكتلة الباحثين على التمييز بين سيناريوهات الولادة المختلفة. على سبيل المثال ، قد يقترحون ما إذا كانت المجرات المظلمة عمالقة مثل درب التبانة التي فشلت في الإضاءة بالنجوم.
قد يشير مسح للمناطق الأخرى إلى ما إذا كانت المجرات المظلمة فريدة من نوعها بالنسبة للعناقيد الكبيرة مثل الغيبوبة. ولكن إذا ظهروا خارج هذه المجموعات ، فربما ولدوا بهذه الطريقة.
وهناك تلميح قد يكون كذلك.
ذكرت عالمة الفلك في جامعة ييل أليسون ميريت وزملاؤها في أكتوبر 2016 أنهم تجسسوا على أربع مجرات مظلمة كامنة في مجتمع مجري صغير على بعد حوالي 88 مليون سنة ضوئية. يبدو أن هذا يشير إلى أن العناقيد الضخمة الشبيهة بالغيبوبة ليست الأماكن الوحيدة التي تكمن فيها المجرات المظلمة.
ووجد فان دير بورغ ، في مسحه لثماني مجموعات ، أن المجرات المظلمة تشكل نفس الكسر من جميع المجرات في العنقود بغض النظر عن مدى كتلة هذا العنقود - على الأقل ، بالنسبة للعناقيد التي تزن ما بين 100 تريليون و 1 كوادريليون ضعف الكتلة. من شمسنا.
قد تتطلب المجرات المظلمة أفكارًا جديدة حول تكوين المجرات. أو قد تكون مجرد صفحة واحدة من كتاب وصفات المجرة. قد يرسل التوقيت والموقع والحظ بعض الجيران السماويين نحو مستقبل مشرق ويجبر الآخرين على التلاشي بشكل خافت في الخلفية. ربما تكون المجرات المظلمة عبارة عن كيس مختلط ، وهي النتيجة النهائية للعديد من العمليات المختلفة التي تحدث في مجموعة متنوعة من البيئات.
يقول أبراهام من تورنتو:"لا أرى أي سبب يمنع الكون من صنع هذه الأشياء بعدة طرق". "جزء من المتعة على مدار السنوات القليلة المقبلة سيكون اكتشاف أيها قيد التشغيل في أي مجرة معينة ونوع الأشياء التي اختار الكون صنعها."
ما هو واضح هو أنه بينما يدفع علماء الفلك إلى حدود جديدة - أكثر خفوتًا وأبعد وأصغر - يُظهر الكون مفاجآت جديدة.
