لعقود من الزمن، كان علماء الفلك يحدقون عبر تلسكوب هابل محاولين التقاط لمحة من أول النجوم في الكون وهي تتوهج بالحياة. لكن المجرات الصغيرة التي بنت الكون كانت خافتة جدًا بحيث لا يمكن رصدها - حتى بأفخم الأجهزة. الآن، لدى علماء الفلك أخيرًا شيئان في صفهم: تلسكوب ويب الفضائي وقليل من الحظ الكوني.

في ورقة بحثية حديثة في مجلة نيتشر، استخدم فريق بقيادة كيميهيكو ناكاجيما من جامعة كانازاوا في اليابان تلسكوب جيمس ويب الفضائي لرصد مجرة فائقة الخفوت تُدعى LAP1-B كما كانت موجودة بعد حوالي 800 مليون سنة من الانفجار العظيم. إنها أكثر مجرة بدائية كيميائيًا رأيناها على الإطلاق - وهذا شيء كبير بالنظر إلى عدد الأشياء البدائية التي رصدناها.

تبعد LAP1-B مسافة 13 مليار سنة ضوئية. حتى مرايا ويب الضخمة المطلية بالذهب والمصنوعة من البريليوم لم تكن كافية وحدها. رصد الفريق المجرة بفضل عنقود مجري ضخم يُدعى MACS J046، والذي يحني الزمكان بيننا وبين LAP1-B مثل مرآة ملتوية كونية. قال ناكاجيما: "تم تضخيم المجرة بقوة من خلال تأثير العدسة الجاذبية". على وجه التحديد، زاد الزمكان المنحني سطوع LAP1-B بنحو 100 ضعف.

حتى مع هذا التعزيز، فإن LAP1-B خافتة جدًا لدرجة أن كلاً من ويب وهابل لم يتمكنا من اكتشاف استمرارها النجمي - الضوء الخلفي الثابت لنجومها. بالنسبة لناكاجيما وزملائه، كان ذلك في حد ذاته دليلاً. بمعرفة المسافة وحساسية التلسكوب، حسبوا الحد الأعلى الصعب لكتلة LAP1-B النجمية: 3300 شمس. هذا خطأ تقريبي مقارنة بكتلة درب التبانة البالغة نحو 100 مليار كتلة شمسية.

معظم الضوء الذي اصطدم بمرايا ويب لم يكن من النجوم بل من الغاز المتوهج. بفحص ذلك الغاز، أدرك الفريق أن LAP1-B هي أقرب شيء إلى المجرات البدائية الأولى التي رصدناها. يأتي التوهج من الإشعاع عالي الطاقة من النجوم الضخمة الذي يصطدم بسحب الغاز بين النجمية المحيطة، مما يجعلها تتألق. باستخدام مطياف ويب القريب من الأشعة تحت الحمراء، قام الباحثون بتفكيك الضوء إلى طيف وبحثوا عن خطوط انبعاث تشير إلى التركيب الكيميائي.

قال ناكاجيما: "أردنا قياس كمية الأكسجين الموجودة". كشف التحليل عن نقص عميق في العناصر الأثقل من الهيدروجين والهيليوم. بلغت نسبة الأكسجين إلى الهيدروجين في الطور الغازي 0.4٪ فقط مما نجده في شمسنا. تفصيل آخر: الكربون المتأين ثلاثيًا - حالة يفقد فيها ذرة الكربون نصف إلكتروناتها الستة. يتطلب تجريد هذه الإلكترونات فوتونات فوق بنفسجية شديدة بطاقات تتجاوز 47.9 إلكترون فولت. النجوم القياسية، حتى الضخمة منها بالقرب منا، ليست ساخنة بما يكفي. تشير الفريق إلى أن النجوم التي يمكن أن تصل إلى تلك الحرارة كانت أول النجوم التي اشتعلت في الكون - المكونة حصريًا من الهيدروجين والهيليوم من الانفجار العظيم، وتفتقر إلى العناصر الثقيلة لتبريدها أثناء تكوينها. قال ناكاجيما: "يجب أن تكون هذه النجوم قد تشكلت من غاز بدائي".

نجوم اليوم، بما في ذلك شمسنا، هي من الفئة الأولى. النجوم الأقدم في الهالة المجرية هي من الفئة الثانية، مع عناصر ثقيلة أقل بكثير. نجوم الفئة الثالثة كانت الأولى - يُعتقد أنها وحوش عنيفة بكتل تبلغ مئات المرات من كتلة الشمس مضغوطة في أحجام صغيرة، تحترق بشدة وتموت شابة في مستعرات عظمى. من المحتمل أن فريق ناكاجيما عثر على آثار لتلك الانفجارات في LAP1-B.

على الرغم من كونها فقيرة بشكل لا يصدق في العناصر الثقيلة، فإن LAP1-B لديها نسبة كربون إلى أكسجين عالية بشكل غير عادي - أعلى من شمسنا. يعتقد الباحثون أن الإجابة تكمن في كيفية موت تلك النجوم الضخمة من الجيل الأول. عندما ينهار نجم من الفئة الثالثة، يصبح قلبه ثقبًا أسود، لكن المستعر الأعظم ليس نشطًا بما يكفي لتفجير النجم. قال ناكاجيما: "طاقة الربط الجاذبية لديهم أقوى من النجوم الضخمة المعتادة". يؤدي الانهيار إلى مستعر أعظم خافت مع تراجع كبير: العناصر الأثقل مثل الأكسجين تُسحب عبر أفق الحدث، بينما تهرب الطبقات الخارجية الأخف الغنية بالكربون. يبدو التركيب الكيميائي لـ LAP1-B مثل بصمة غاز من مستعرات عظمى من الفئة الثالثة.

دليل آخر: سرعة الغاز. من خلال قياس توسع دوبلر لخطوط الانبعاث، وجدوا أن الغاز يتحرك بسرعة 100 كيلومتر في الثانية - وهي سرعة منخفضة نسبيًا، مما يشير إلى أن المجرة صغيرة وهادئة. هذا يتوافق مع فكرة أن LAP1-B هي مجرة بدائية لم تندمج بعد مع مجرات أخرى.

هذا الاكتشاف يفتح نافذة على العصور المظلمة للكون، الفترة بين الانفجار العظيم وظهور النجوم الأولى. قال ناكاجيما: "هذه هي المرة الأولى التي نتمكن فيها من رصد مجرة بدائية كهذه". وأضاف: "إنها مثل أحفورة من بدايات الكون".

يخطط الفريق الآن لاستخدام ويب لرصد المزيد من المجرات البدائية، على أمل فهم كيف تشكلت النجوم الأولى وكيف أضاءت الكون.