أول هدف لتلسكوب جيمس ويب الفضائي القادم : دراسة مجرة Centaurus A وثقبها ألاسود

سيقوم الباحثون الذين سيستخدمون تلسكوب جيمس ويب الفضائي القادم ( مؤمل أن يتم وضعه في المدار المطلوب قبل نهاية ٢٠٢١ ) التابع لناسا برسم خريطة ووضع نموذج ( رياضي ) لـ ( نواة ) المجرة Centaurus A.

أول هدف لتلسكوب جيمس ويب الفضائي القادم : دراسة مجرة Centaurus A وثقبها ألاسود

Centaurus A هي مجرة ​​عملاقة، لكن مظهرها في مشاهدات التلسكوب يمكن أن يكون خادعًا.

( تحتوي مجرة Centaurus A على قرص مركزي مشوه من الغاز والغبار، وهو دليل على اصطدام سابق واندماج مع مجرة أخرى، كما أن لديها نواة نشطة ينبعث منها نفث دوري، إنها خامس مجرة لامعة في السماء وتبعد حوالي ١٣ مليون سنة ضوئية عن الأرض، مما يجعلها هدفًا مثاليًا لدراسة نواة مجرة نشطة – ثقب أسود هائل ينبعث منها نفث ورياح – بإستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي القادم من ناسا
Credits: X-ray: NASA/CXC/SAO; optical: Rolf Olsen; infrared: NASA/JPL-Caltech; radio: NRAO/AUI/NSF/Univ.Hertfordshire/M.Hardcastle )


تظهر ممرات الغبار المُظلمة وعناقيد النجوم الزرقاء الفتية، التي تتقاطع في المنطقة الوسطى، بواسطة ( الضوء فوق البنفسجي ) و الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء، مما يرسم منظرًا طبيعيًا هادئًا إلى حد ما.

ولكن من خلال إستخدام ( الأشعة السينية X-ray ) وتردادات الراديو، يبدأ مشهداً أكثر صخبًا
( من لب المجرة الإهليلجية المشوهة، خرج نفث مذهل من المواد من الثقب الأسود الهائل و النشط – المعروف باسم نواة المجرة النشطة active galactic nucleus – إرسل المواد إلى الفضاء خارج حدود المجرة )

ما الذي يحدث بالضبط في جوهره ويسبب كل هذا النشاط؟

ستسمح المشاهدات القادمة بقيادة ( نورا لوتزغندورف Nora Lützgendorf و ماكارينا غارسيا مارين Macarena García Marín ) من وكالة الفضاء الأوروبية باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا، للباحثين بالبحث في نواتها المُتربة بدقة عالية لأول مرة، للبدء في الإجابة على هذه الأسئلة.

Nora Lützgendorf

توضح نورا لوتزغندورف

” هنالك الكثير مما يحدث في مجرة Centaurus A “

” يتحرك كل من غاز المجرة وقرصها ونجومها تحت تأثير ثقبها الأسود الهائل المركزي “

Macarena García Marín

نظرًا لأن المجرة قريبة جدًا منا، سنكون قادرين على استخدام تلسكوب جيمس ويب ( لإنشاء خرائط ثنائية الأبعاد 2D )، لنرى كيف يتحرك الغاز والنجوم في منطقتها المركزية، وكيف تتأثر بالموجات من نواتها النشطة، و في النهاية عملية ( توصيف ) كتلة ثقبها الأسود بشكل أفضل

لقد تمت دراسة المجرة في السابق ( Centaurus A ) جيدًا لأنها قريبة نسبيًا- على بعد حوالي ١٣ مليون سنة ضوئية – مما يعني أنه يمكننا دراستها بشكل كامل بوضوح مع وجود تلسكوب جيمس ويب.

أول سجل لها في منتصف القرن التاسع عشر، لكن علماء الفلك فقدوا الاهتمام بها، حتى الخمسينيات من القرن الماضي، لأن المجرة بدت وكأنها مجرة ​​إهليلجية هادئة، وإن كانت مشوهة.

( تظهر نواة مجرة Centaurus A المُتربة في الضوء المرئي، ولكن من الأفضل رؤية نفاثاتها في ضوء الأشعة السينية و ترددات الراديو، من خلال إستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا و ضوء الأشعة تحت الحمراء، يأمل الباحثون في تحديد كتلة الثقب الأسود الهائل المركزي للمجرة بشكل أفضل، بالإضافة إلى الأدلة التي توضح مكان خروج النفاثات
Credits: X-ray: NASA/CXC/SAO; optical: Rolf Olsen; infrared: NASA/JPL-Caltech; radio: NRAO/AUI/NSF/Univ.Hertfordshire/M.Hardcastle )


بمجرد أن تمكن الباحثون من البدء في المراقبة للفضاء بإستخدام التلسكوبات الراديوية في الأربعينيات والخمسينيات من القرن الماضي، أصبحت مجرة Centaurus A أكثر إثارة للاهتمام بشكل جذري – وظهرت النفثات المنبعثة منها

في عام ١٩٥٤ ، وجد الباحثون أن مجرة Centaurus A هي نتيجة اندماج مجرتين، والذي قُدر لاحقًا أنه حدث قبل ١٠٠ مليون سنة.

مع المزيد من المشاهدات في أوائل القرن الحادي والعشرين، قدر الباحثون أنه منذ حوالي ١٠ ملايين سنة، أطلقت نواتها النشطة نفاثات مزدوجة في اتجاهين متعاكسين.

عندما يتم فحصها عبر الطيف الكهرومغناطيسي، من الأشعة السينية إلى ضوء الراديو، من الواضح أن هناك الكثير من هذه القصة التي لا يزال يتعين علينا فهمها

سيراقب الفريق بقيادة ( نورا لوتزغندورف Nora Lützgendorf و ماكارينا غارسيا مارين Macarena García Marín )، ليس فقط من خلال التقاط الصور باستخدام تلسكوب جيمس ويب، ولكن من خلال جمع البيانات المعروفة باسم ( الأطياف spectra )، والتي تنشر الضوء إلى الأطوال الموجية المكونة لها مثل قوس قزح.

( للتوضيح فقط, أطياف السماء في الليل )


ستكشف أطياف تلسكوب جيمس ويب معلومات عالية الدقة حول درجات الحرارة والسرعات والتركيبات للمواد الموجودة في مركز المجرة.

على وجه الخصوص، سيوفر مطياف تلسكوب جيمس ويب القريب من الأشعة تحت الحمراء
(NIRSpec و Mid-Infrared Instrument (MIRI)
لفريق البحث مجموعة من البيانات: ( صورة ) بالإضافة إلى ( طيف ) من داخل كل ( جزء Pixel ) من تلك الصورة.

سيسمح هذا للباحثين ببناء خرائط معقدة ثنائية الأبعاد ( 2D ) من الأطياف التي ستساعدهم على تحديد ما يحدث خلف حجاب الغبار في المركز – وتحليله من عدة زوايا بعمق.

بنفس الطريقة التي يُصنف بها علماء النبات ( النباتات ) بناءً على مجموعات محددة من الميزات، فإن هؤلاء الباحثين سيصنفون الأطياف من أدوات تلسكوب جيمس ويب لبناء ( نماذج Models )

أثناء قيام فريق البحث بدراسة ( الأطياف )، سيقومون ببناء خرائط من أجزاء فردية من الصورة المأخوذة ، ومقارنة طيف واحد بطيف آخر قريب.

( الثقوب السوداء الفائقة، والتي تكمن في مراكز المجرات، شرسة، إنهم “يرتشفون ” بشكل دوري من أقراص الغاز والغبار التي يقوم بها المدار لهم، والتي يمكن أن تؤدي إلى تدفقات هائلة تؤثر على تكوين النجوم محليا وأبعد من ذلك، عندما يبدأ تلسكوب جيمس ويب في ناسا في مراقبة نوى المجرات، فإن أدوات الأشعة تحت الحمراء سوف تخترق من خلال الغبار لنرى الصور والبيانات عالية الدقة بشكل لا يصدق، تسمح للباحثين بالتعلم بالتحديد كيف ستقوم عملية واحدة بالقضاء على ألاخرى، وكيف يتم خلق حلقات لولبية بعد ذلك
Credits: NASA, ESA, and L. Hustak (STScI) )


وهذا مشابه ( لما يقوم به علماء النبات ) لتحديد الأجزاء التي تحتوي على أنواع النباتات بناءً على مقارنات بين ” السيقان ” و ” الأوراق ” و ” الزهور ”

بعبارة أخرى، يحتوي ” النظام البيئي ” للأطياف على العديد من المستويات، مما سيسمح للفريق بتحديد ما هو موجود بدقة ومكانه بشكل أفضل- وهو ما أصبح ممكنًا بفضل أدوات تلسكوب ويب المتخصصة في الأشعة تحت الحمراء.

وبما أن هذه الدراسات ستبني على العديد من الدراسات السابقة، فسيكون الباحثون قادرين على تأكيد أو تحسين أو فتح آفاق جديدة من خلال تحديد ميزات جديدة.

وزن الثقب الأسود في مجرة Centaurus A

ستسمح مجموعة الصور والأطياف المقدمة من أدوات تلسكوب جيمس ويب ( NIRSpec و MIRI ) للفريق بإنشاء خرائط عالية الدقة للغاية لسرعات الغاز والنجوم في مركز المجرة Centaurus A.

نظرًا لأن الباحثين يفهمون كيف تتحكم جاذبية الثقب الأسود في دوران الغاز القريب، فيمكنهم استخدام بيانات تلسكوب جيمس ويب لإيجاد وزن ( لحساب ) الثقب الأسود في مجرة Centaurus A.

من خلال مجموعة أكثر اكتمالاً من بيانات الأشعة تحت الحمراء، سيحددون أيضًا ما إذا كانت أجزاء مختلفة من الغاز تتصرف جميعًا كما هو متوقع.

يأمل الباحثون أيضًا في فتح آفاق جديدة

توضح نورا لوتزغندورف

” من الممكن أن نجد أشياء لم نفكر فيها “.

” في بعض الجوانب، سنغطي مناطق جديدة تمامًا مع تلسكوب جيمس ويب“

توافق مارين على ذلك، وتضيف

” أن البناء على ثروة من البيانات الموجودة لا يقدر بثمن “

سيتم إجراء هذه الدراسات حول مجرة Centaurus A كجزء من برنامجي ( MIRI و NIRSpec ) المشترك بين جيليان رايت وبيير فيرويت.

سيكون تلسكوب جيمس ويب الفضائي المرصد الأول لعلوم الفضاء في العالم عندما يتم إطلاقه في عام ٢٠٢١.

سيحل تلسكوب جيمس ويب الألغاز في نظامنا الشمسي، وينظر إلى ما وراء ذلك إلى عوالم بعيدة حول النجوم الأخرى، ويستكشف الهياكل والأصول الغامضة لكوننا ومكاننا فيه.

تلسكوب جيمس ويب: هو برنامج دولي تقوده وكالة ناسا مع شركائها ESA (وكالة الفضاء الأوروبية) و وكالة الفضاء الكندية.