في 2 نوفمبر 2026، قدمت ناسا دراسة لـ 37 مجرة قزم قريبة. من خلال إعادة بناء تاريخ تكوين النجوم ومقارنة الكمية المتوقعة من الأكسجين مع تلك الموجودة اليوم، استنتج الباحثون أن جزء كبير من هذا العنصر مفقود داخل المجرات نفسها. كلمة "مفقود" تتطلب تفسيرًا: الأكسجين لم يختفي من الكون. النجوم أنتجته، ثم ربما قامت عمليات نشطة بإخراج جزء كبير من الغاز المخصب من هذه المجرات الصغيرة. وتطرح الدراسة الآن سؤالًا قابل للقياس: أين انتهى هذا المادة؟
لماذا يروي الأكسجين قصة النجوم
بعد الهيدروجين والهيليوم، يعد الأكسجين أحد العناصر الأكثر وفرة في الكون. ويتم إنتاجه من خلال أجيال من النجوم، ويطلق في عدة طرق، عندما تموت النجوم الضخمة. ويمكن قياس وجود الأكسجين في ضوء الغاز، وبالتالي، فإن وفرة الأكسجين تعمل كوسيلة لتحديد التخصيب الكيميائي. ولا يقوم الباحثون بإحصاء الذرات واحدة تلو الأخرى في صورة من هابل. بل يجمعون بين ملاحظات تجمعات النجوم، ونماذج تطور النجوم، وقياسات الغاز، لتقدير الكمية المنتجة والموجودة حتى الآن.
ولا ينبغي الخلط بينه وبين الأكسجين القابل للتنفس في الغلاف الجوي للكواكب. وتتمحور الدراسة حول التركيب الكيميائي لمجموعات من الغاز والنجوم على نطاق المجالات المجرية بأكملها. ولا يشير هذا إلى وجود كوكب صالح للسكن، ولا يقول وفرة الأكسجين في المجرة أي شيء بشكل مباشر عن وجود الحياة. ويكمن اختيار هذا العنصر أساسًا في الطابع المنهجي: حيث يتم فهم إنتاجه بشكل جيد نسبيًا، كما أن خطوط الطيف الخاصة به مفيدة في تتبع المادة.
كيفية إعادة بناء الميزانية دون النظر إلى الماضي
اختار مشروع GLOW، للمجرات التي تفقد الأكسجين عن طريق الرياح، 37 مجرة قزمة قريبة بما فيه الكفاية من هابل لتمييز بعض نجومها الفردية. يُساعد لون و سطوع هذه النجوم في إعادة بناء الفترات التي تشكلت خلالها المجرة العديد من النجوم أو القليل منها. مع الافتراضات حول كتلة النجوم وإنتاج العناصر، يقدر الفريق كمية الأكسجين التي يجب أن تنتجها هذه الأجيال. يقارنون هذا التقدير بالكميات التي تم اكتشافها في النجوم والغاز والغبار.
هذا الحساب هو ميزان مع عدم اليقين. فالأقمار النجمية الأضعف لا يتم رصدها جميعها بنفس الطريقة، ولدي نماذج الإنتاج الكيميائي هوامش خطأ، كما أن الغاز المحيط بالمجرة يصعب حصره. لهذا السبب يدرس الباحثون مجموعة من المجرات بدلاً من جسم واحد مثير للإعجاب. إذا ظهرت اتجاهات في 37 نظامًا مختلفًا من حيث الكتلة والبيئة، يصبح من الصعب تفسيرها على أنها نتيجة لخطأ متضمن في صورة واحدة. تم تكميل بيانات أرشيف هابل من خلال الملاحظات من مراصد أخرى، بما في ذلك سبايستر وشبكات الراديو الأرضية.
رياح المجرة كحجة رئيسية
تتميز المجرات القزمية بجاذبية أقل من المجرات الكبيرة. ويمكن أن تؤدي انفجارات النجوم العملاقة ونشاط النجوم الضخمة إلى تحريك الغاز ودفع بعضه خارج المنطقة التي توجد فيها النجوم. كما يحمل هذا الريح المجري العناصر التي تنتجها النجوم. وتشير الدراسة إلى أن هذا الخسارة في الأكسجين أكثر كفاءة في الأنظمة المرصودة من ما تنبأ به بعض النماذج الحالية. وهذا لا يعني أن كل مجرة قزم تخلو من جميع عناصرها الثقيلة؛ بل يشير إلى أن المخزون الحالي أقل من الإنتاج المتوقع.
أين تذهب الغازات الطاردة؟ يمكن أن تبقى في هالة مشتتة حول المجرة، أو في الوسط المحيط بالمجرة، أو أن تنتقل إلى الفضاء بين المجرات. وتشير ناسا إلى أن هذا التوزيع ليس واضحًا بعد بالنسبة لغالبية الأكسجين المفقود. وستكون الخطوة التالية في العمل البحث عن علامات هذه الغازات الرقيقة ومقارنة المجرات التي هي أقل كتلةً. وسيؤدي اكتشاف جديد يحدد موقع بعض الأكسجين إلى تعديل التوازن دون إلغاء النتيجة الأولية: سيوضح هذا المسار للمادة.
ما يبينه صورة NGC 4449
تظهر صورة هابل المستخدمة هنا مجرة NGC 4449، وهي واحدة من المجرات في العينة. المناطق المضيئة والنجوم الزرقاء تشير إلى تشكل النجوم النشط. ولا تمثل الصورة خريطة للاوكسجين المفقود. وينتج النقص عن مقارنة بين عدة أنواع من القياسات ونماذج الإنتاج. ومن الضروري الإشارة إلى ذلك في التعليق، لأن صورة جميلة للغاية قد تعطي انطباعًا بأن الاستنتاج العلمي بأكمله مرئي بشكل مباشر. وتوثق الصورة كائنًا ما؛ بينما يشرح التحليل ما يمكن استنتاجه منه.
ويخطط الفريق لمواصلة التحقيق باستخدام تلسكوب الفضاء الروماني، الذي يغطي السماء على نطاق واسع، مما يسمح باكتشاف أنظمة القزمات الأضعف. وسيتمكن هابل وويب بعد ذلك من دراسة بعض هذه الأجسام بالتفصيل. وبالتالي، يتقدم البحث من خلال تقسيم العمل بين الأدوات: تحديد واختيار ومراقبة بالتفصيل ومقارنة النتائج مع النماذج. ويخص إعلان نوفمبر/تشرين الثاني الدراسة الحالية لـ 37 مجرة، وليس الاكتشاف الذي قام به الروماني بالفعل بشأن أصل الأكسجين.
سؤال جيد لتعليم المنهج العلمي
يمكن صياغة المشكلة على أنها تمرين في الميزانية: الإنتاج المقدر ناقص المواد المستردة يساوي الكمية التي يجب تحديدها، مع عدم اليقين بشأن كل مصطلح. هذا نقطة دخول ممتازة للطلاب الأفارقة في علم الفلك أو الإحصاء أو علوم البيانات. يمكنهم استكشاف صورة عامة لـ NGC 4449، ثم قراءة المقال العلمي لتحديد القياسات التي لا توجد في تلك الصورة. الهدف هو تعلم التمييز بين الملاحظة والنموذج والتفسير، بدلاً من مجرد تكرار أن"هابل رصد اختفاء الأكسجين".
ويظهرultat أيضًا أن المجرات الصغيرة ليست مجرد نسخ مصغرة من درب التبانة. يمكن أن يؤدي الجاذبية المنخفضة فيها إلى تغيير تطورها الكيميائي. فهم هذه العملية يساعد على تفسير كيفية إثراء المجرات للغاز المحيط بها وكيف تتشكل أجيال من النجوم من المادة التي تم تعديلها بالفعل من قبل أجيال سابقة.
مشكلة المادة غير المرئية في الميزانية
القول بأن هناك "نقص" في الأوكسجين لا يعني أن الأداة قد شاهدت الذرات تختفي. يقارن الباحثون الإنتاج المقدر بالكمية التي يمكنهم العثور عليها في المكونات المرئية لكل مجرة. قد يكون هناك غاز منخفض أو متناثر أو يصعب قياسه حوله. يمكن أن يعقد الغبار أيضًا تفسير بعض الملاحظات. كل فرضية تغير التوازن، وكل قياس له هامش خطأ. هذا هو السبب في أن دراسة 37 مجرة توفر اتجاهًا لفحص بدلاً من جرد كامل لكل ذرة تم إنشاؤها منذ ولادتها.
توفر الرياح المجالية آلية معقولة. عندما تضخّ النجوم الضخمة الطاقة في محيطها، يمكن للغاز المخصب أن يفرّ من المناطق التي تنشأ فيها النجوم. في مجرة صغيرة، يسهّل الجاذبية الأضعف هذه الحركة. لكن صورة واحدة لا تقيس ولا إجمالي الكتلة التي يتم سحبها ولا وجهتها النهائية. من الضروري الجمع بين التحليل الطيفي ونماذج تكوين النجوم ومراقبة الغاز من أجل اختبار هذا التفسير. يتكون العمل العلمي بالضبط في التحقق من ما إذا كانت الخسائر المحسوبة يمكن أن تفسر التناقض الكيميائي، وتحديد المعلمات التي لا تزال محدودة بشكل سيء.
لماذا هذا السؤال يتجاوز المجرات المجاورة؟
كانت المجرات الأولى في الكون صغيرة في كثير من الأحيان. فهم كيفية احتفاظ الأنظمة منخفضة الكتلة بالعناصر التي تنتجها نجومها أو طردها يساعد في إعادة بناء التخصيب الكيميائي للكون. ومع ذلك، لا يمكن تطبيق قياس تم إجراءه على المجرات القريبة على جميع العصور دون حذر: تختلف البيئات والمجموعات ومدى شدة تكوين النجوم. يقدم نتيجة هابل جزءًا من اللغز وطريقة للمقارنة. قد يقارن العمل المستقبلي هذه النتيجة مع عينات أخرى وموجات مختلفة، مما يفسر عدم اليقين بدلاً من الإعلان عن اختفاء غامض للهيليوم.