أصغر مجرات الكون تحتوي على أكبر مصانع النجوم.. لهذه الأسباب

ويقول الفريق إن التباين كبير بما فيه الكفاية، ما يجعل المجرات القزمة تعاني من تأخير قدره 10 ملايين سنة في تفجير جميع المواد المكونة للنجوم بعيدًا، وهي عملية تعتمد عادةً على قوى المستعرات الأعظم. 

وبعبارة أخرى، فإن المجرات القزمة قادرة على التمسك بمخزونها الثمين من الغاز الجزيئي الذي يشكل النجوم لفترة أطول، مما يسمح لمناطق تشكل النجوم بالنمو في الحجم والكثافة، وإنتاج المزيد من النجوم. 

وتشمل الأمثلة على مناطق تشكل النجوم الضخمة في المجرات القزمة المحلية 30 دورادوس في سحابة ماجلان الكبرى، التي تقع على بعد حوالي 160 ألف سنة ضوئية، وماركاريان 71 في المجرة NGC 2366، التي تقع على بعد حوالي 10 ملايين سنة ضوئية .

ويمكن لمناطق تشكل النجوم أن تنتج نجومًا من جميع الكتل؛ إنها تنتج في الغالب نجومًا أصغر حجمًا، ولكنها تنتج أيضًا مجموعة من النجوم الضخمة ، وعندما تصل هذه النجوم الضخمة إلى نهاية حياتها بعد بضعة ملايين من السنين، تنهار نواتها إما لتشكل نجمًا نيوترونيًا أو ثقبًا أسودًا ذا كتلة نجمية. 

في السيناريو السابق، ترتد الطبقات الخارجية للنجم عن النجم النيوتروني وتنفجر على شكل مستعر أعظم ، ومع ذلك في الحالة الأخيرة يسقط نجم بأكمله تقريبًا في الثقب الأسود الناتج دون أي تذمر.

وقالت ميشيل جيكمين، وهي باحثة جامعية في جامعة ميشيغان والمؤلفة الرئيسية للدراسة، في بيان: “عندما تتحول النجوم إلى مستعر أعظم، فإنها تلوث بيئتها عن طريق إنتاج وإطلاق المعادن .

عندما بدأ الكون، أنتج الانفجار الكبير فقط عنصري الهيدروجين والهيليوم (مع القليل من الليثيوم)، أما العناصر الأخرى فقد جاءت فيما بعد، إما في أحشاء النجوم أو في أتون انفجاراتها. 

ويطلق علماء الفلك على كل تلك العناصر اللاحقة اسم “المعادن”، وتنتشر هذه المعادن الآن عبر الوسط البينجمي ، وتجد طريقها إلى مناطق جديدة لتشكل النجوم ويتم دمجها في الجيل التالي من النجوم. 

على الرغم من أن التفاصيل ليست واضحة بعد، إلا أن وجود معادن محددة داخل النجم يمكن أن يغير بمهارة كيفية تطور هذا النجم ، على سبيل المثال يعتقد العلماء أن النجوم ذات المعادن العالية من المرجح أن تنتج نجمًا نيوترونيًا ومستعرًا أعظم قويًا.

والأهم من ذلك، أن الانفجارات الناتجة عن انفجارات المستعرات الأعظم المتعددة تخلق “رياحًا” يمكنها نفخ أي غاز جزيئي متبقي، وهو الغاز الخصب لتكوين النجوم. 

وأنتجت المجرات الأكثر ضخامة والأكثر تطورًا، مثل مجرتنا درب التبانة ، وفرة أكبر كم من المعادن على مدى الدهور التي مرت خلالها بأجيال لا حصر لها من النجوم، ومع ذلك أظهرت المجرات القزمة الأصغر حجمًا تاريخيًا تكوينًا نجميًا أقل، وبالتالي تحتوي على تركيبات أكثر بدائية مع عدد أقل من المعادن. 

ولكن بمجرد أن تبدأ منطقة تشكل النجوم في مجرة ​​قزمة، يبدو أن المعادن المنخفضة لنجومها تعني أنها أكثر عرضة لإنتاج ثقوب سوداء بدلاً من انفجارات سوبر نوفا قوية. 

لذلك، من المحتمل أن يستغرق الأمر وقتًا أطول حتى تصبح المنطقة غنية بالمعادن وتبدأ في إنتاج النجوم التي تتحول إلى مستعرات أعظم مع رياح قوية تقذف كل الغاز.

وقال جيكمن: “نحن نرى أنه عند انخفاض المعادن، يكون هناك تأخير لمدة 10 ملايين سنة في بداية الرياح القوية، مما يؤدي بدوره إلى ارتفاع نسبة تكوين النجوم”.

وقالت سالي أوي، المشرفة على المركبة والمشاركة في الدراسة، عالمة الفلك في ميشيغان سالي أوي، في البيان: “إن اكتشاف ميشيل يقدم تفسيرًا لطيفًا للغاية”،  وتواجه هذه المجرات صعوبة في إيقاف تشكل النجوم لأنها لم تطرد غازها.”

وقاد أوي الملاحظات باستخدام تلسكوب هابل الفضائي الذي وجد أدلة داعمة لنموذج جيكمين ، في تقرير عنها في عدد 21 نوفمبر من مجلة The Astrophysical Journal Letters ، واستهدف فريق أوي ماركاريان 71 على وجه التحديد البحث عن الكربون المتأين ثلاثيًا، وتتأين الذرات عندما تصطدم بفوتونات عالية الطاقة يمكنها طرد الإلكترون ، مما يترك الذرات بشحنة موجبة صافية، والتأين الثلاثي يعني أن الذرة فقدت ثلاثة إلكترونات.

ووجدت عمليات رصد هابل وفرة من الكربون المتأين ثلاثيًا بالقرب من مركز ماركاريان 71. ويتشكل هذا الكربون ثلاثي التأين عندما يبرد الغاز وتتفاعل التدفقات الإشعاعية الخارجة التي تزيل الطاقة من الغاز مع الغاز الأكثر دفئًا، ولكن تدفقات التبريد هذه لا ينبغي أن تكون موجودة إذا كانت هناك رياح شديدة الحرارة تهب، كما هو الحال مع الرياح الناتجة عن المستعرات الأعظم المتعددة، ويبدو أن هذه الرياح غائبة في ماركاريان 71.