المجرات القزمة تفقد الأكسجين وحير العلماء

تحتفظ المجرّات القزمة القريبة بنحو 15 في المئة فقط من الأكسجين الذي تنتجه نجومها، أما الباقي فتدفعه الإشعاعات والانفجارات النجمية إلى الغاز المحيط بها. هذه هي خلاصة دراسة شملت 37 مجرّة قزمة، ووجدت أن المجرّات الصغيرة تفقد من الأكسجين أكثر مما تتوقعه نماذج المحاكاة الحالية لتشكّل المجرّات.

لماذا يهمّ الأكسجين المفقود؟

الأكسجين عنصر حيوي لمعظم صور الحياة المعروفة، وهو ثالث أكثر العناصر وفرة في الكون. ويفيد الفلكيين أيضاً في تتبّع التطور الكيميائي للكون، لأنه سهل الرصد والقياس نسبياً، ولأن آلية إنتاجه مفهومة جيداً. لذلك يُعدّ مؤشراً على كيفية توزّع العناصر الكيميائية داخل المجرّة.

وتأتي معه عناصر ثقيلة أخرى، منها الحديد والكربون والنيكل والمغنيسيوم والكبريت، وهي من لبنات الكواكب الصالحة للسكن. فإذا عرفنا أين يذهب الأكسجين، اقتربنا من فهم كيف تُوزَّع هذه المواد بين المجرّات والفضاء المحيط بها.

كيف قاس الباحثون ما لا يظهر؟

اعتمد الباحثون على رصدات تلسكوب هابل الفضائي لـ37 مجرّة قزمة قريبة. والمجرّات القزمة تضم من بضعة آلاف إلى مئات الملايين من النجوم. وأسهمت في الدراسة أيضاً بيانات من تلسكوب سبيتزر الفضائي الذي أُحيل إلى التقاعد، ومن مصفوفة التلسكوبات «Very Large Array» ومصفوفة «Australian Telescope Compact Array»، وهما مصفوفتان أرضيتان.

وجد الفريق أن جزءاً كبيراً من الأكسجين الذي كان يُتوقع رصده غير موجود. وتقول Grace Telford، المؤلفة الثانية للورقة البحثية والأستاذة المساعدة في قسم الفيزياء والفلك بجامعة يوتا: «للمرة الأولى، قسنا كمية الأكسجين الذي أنتجته النجوم في المجرّات الصغيرة ولا يزال داخل تلك المجرّات، وكذلك كمية الأكسجين التي فُقدت منها على مدى أعمارها».

وتضيف: «وجدنا أن 15 في المئة من الأكسجين الذي تنتجه النجوم في هذه المجرّات الصغيرة ما زال موجوداً داخلها حتى اليوم، ومعظمه في غازها، لكن هناك أجزاء صغيرة في النجوم والغبار أيضاً».

وتنشر الدراسة مجلة «The Astrophysical Journal»، وهي متاحة على موقع المجلة. وأصدرت ناسا بياناً عنها على موقعها.

من أين يأتي الأكسجين، وإلى أين يذهب؟

يأتي معظم الأكسجين في المجرّات القزمة من المستعرات العظمى الناجمة عن انهيار اللبّ، وهي الموت الانفجاري للنجوم الضخمة. أما الجزء الضئيل المتبقي فمصدره مستعرات عظمى من نوع آخر، تنشأ حين تصبح بقايا النجوم الصغيرة الكتلة غير مستقرة أو تندمج.

لكن النجوم الضخمة نفسها تدفع هذا الأكسجين إلى الخارج. فإشعاعاتها وانفجاراتها تطرد الغاز الغني بالأكسجين من المجرّة تدريجياً على مدى الزمن. ويُرجَّح أن الأكسجين المفقود موجود في هالات غازية تحيط بالمجرّات، تُعرف بالوسط المحيط بالمجرّة (Circumgalactic Medium) ويُختصر إلى CGM. ويُرجَّح كذلك أن جزءاً منه قطع مسافة أبعد، فبلغ الوسط بين المجرّات (Intergalactic Medium)، أي الغاز الممتد في الفضاء الفاصل بينها.

ماذا يضيف مشروع GLOW؟

تنتمي الدراسة إلى مشروع GLOW، الذي يبحث في حركة الغاز والعناصر الثقيلة بين المجرّات الصغيرة الكتلة والوسط المحيط بها والوسط بين المجرّات. وتموّل المشروع ناسا والمؤسسة الوطنية للعلوم الأميركية (National Science Foundation) معاً. ويجمع المشروع رصدات جديدة وأخرى أرشيفية للمجرّات الصغيرة، التقطتها تلسكوبات أرضية وفضائية.

وقد قِيس فقدان الأكسجين من قبل في مجرّات ضخمة مثل مجرّة درب التبانة. غير أن المجرّات الصغيرة يُتوقع أن تفقده بسهولة أكبر لأن جاذبيتها أضعف. ويظهر أثر ذلك في النسب: ففي درب التبانة نحو ذرة أكسجين واحدة لكل 2000 ذرة هيدروجين، بينما تحوي المجرّات الصغيرة في عيّنة GLOW نحو ذرة أكسجين واحدة لكل 10,000 إلى 20,000 ذرة هيدروجين.

ووجد المشروع أن المجرّات الصغيرة تفقد أكسجيناً أكثر مما تتنبأ به نماذج المحاكاة الحالية لتشكّل المجرّات. وتعني هذه النتيجة أن تفاعل النجوم الضخمة مع المجرّات التي تحتضنها لم يُفهم بعدُ فهماً كاملاً. وتقول Telford: «لا نملك بعدُ فهماً كاملاً لكيفية تفاعل النجوم الضخمة مع المجرّات المضيفة لها».

أما سؤال الكمية التي تستقر في الهالات الغازية والكمية التي تهاجر إلى الوسط بين المجرّات، فيبقى مفتوحاً أمام الدراسات المقبلة.