شناسایی کهکشان‌هایی ناشناخته از دوران اولیه پیدایش جهان

۳۹ کهکشان بزرگ و پر‌جرم که به جهان اولیه مربوط هستند و تاکنون از چشم ما دور بودند، به‌تازگی شناسایی شده‌اند.

شاید تصور کنید که پنهان‌ماندن کهکشان‌ها‌ی بزرگ از میدان رصد تلسکوپ‌ها به‌ندرت اتفاق می‌افتد؛ اما ستاره‌شناسان به‌تازگی در فاصله‌ی چند میلیارد سال نوری تعداد زیادی از آن‌ها را پیدا کرده‌اند. تعداد ۳۹ کهکشان بزرگ که تا به‌ حال از چشم ما پنهان بودند، فهم ما از جهان اولیه را تغییر می‌دهند.

تائو وانگ، ستاره‌شناس از دانشگاه توکیو گفت:

این اولین باری است که تعداد زیادی کهکشان بزرگ که در‌ طول دو میلیارد سال اول عمر ۱۳/۷ میلیارد ساله‌ی جهان شکل‌گرفته‌اند، دیده‌ شده و وجودشان تأیید شده‌ است. این کهکشان‌ها تا قبل از این از دید ما پنهان بوده‌اند. این یافته و مشاهده‌ی جدید با مدل‌ها‌ی موجود از تحولات کیهانی دوره‌ی دو میلیارد ساله‌ی ابتدا‌ی خلقت مغایرت دارد و به ما کمک می‌کند تا جزئیاتی را به مدل‌ها اضافه کنیم که تا‌به‌حال آن‌ها را نمی‌دانستیم.

عمر جهان حدود ۱۳/۸ میلیارد سال است؛ یعنی از نظر تئوری، اینکه ما می‌توانیم به گذشته نگاه کنیم و ببینیم نور‌ها‌یی که در‌ حال‌ حاضر دریافت می‌کنیم تحت چه شرایطی تابیده شده‌اند. برای مثال، ۱۰ میلیارد سال طول می‌کشد تا نوری که ۱۰ میلیارد سال پیش گسیل شده‌ است از فضا عبور‌ کند و به ما برسد. بنابر‌این، زمانی‌که چیزی را می‌بینیم که مدت‌ها پیش اتفاق افتاده‌، آن را همان‌گونه می‌بینیم که ۱۰ میلیارد سال پیش بوده‌ است.

هر‌چه جسمی از ما دور‌تر باشد، فضا‌ی میان ما و جسم بیشتر کشیده می‌شود و انتقال به سرخ بیشتر می‌شود

دریافت این نور‌ها از زمان‌ها‌ی بسیار دور در‌عمل بسیار مشکل‌تر است. هر‌چه فاصله‌ای که نور طی می‌کند تا به ما برسد بیشتر باشد، زمانی‌که به‌ ما می‌رسد شدت ضعیف‌تری نیز دارد. فرض‌ کنید یک بار در فاصله‌ی ۱۰ متری یک مشعل قرار می‌گیرید و به آن نگاه می‌کنید و بار دیگر در فاصله‌ی ۱۰۰ متری آن قرار می‌گیرید و به آن نگاه می‌کنید. مسلما در فاصله‌ی ۱۰۰ متری این مشعل بسیار ضعیف‌تر و کم‌نور‌تر به‌نظر می‌رسد. حتی ممکن است در فاصله‌ی ۱۰۰۰ متری نتوانید با چشم غیر مسلح آن را ببینید. 

جهان در‌حال انبساط است و امواج نوری را در‌طول فضا کشیده‌تر می‌کند و آن‌ها را به‌سمت انتها‌ی قرمز طیف مرئی سوق می‌دهد. به این فرایند، انتقال به سرخ گفته می‌شود و هر‌چه جسمی از ما دور‌تر باشد، فضا‌ی میان ما و جسم مورد‌نظر بیشتر کشیده می‌شود و انتقال به سرخ بیشتر می‌شود. 

زمانی‌که تلسکوپ فضا‌یی هابل برای گرفتن مجموعه عکس‌ها‌ی میدان عمیق خود، به‌صورت عمیق‌تر کیهان را کاوش کرد، طیف طول موجی وسیعی از فرا‌بنفش تا فرو‌سرخ نزدیک را دریافت‌ کرد. این طول موج‌ها مربوط به دور‌ترین کهکشان‌ها‌یی بودند که تا‌کنون دیده‌ایم. اما این کهکشان‌ها‌ی تازه کشف‌شده، پیچیدگی دیگری داشتند. وانگ در ساینس الرت گفت:

ما این کهکشان‌ها را در طیف فرو‌سرخ میانی و طول‌موج‌های کم‌تر از میلی‌متر (طول‌موج‌ها ی میان فرو‌سرخ دور و میکر‌وویو) دیده‌ایم. این کهکشان‌ها در ناحیه‌ی فرا‌بنفش تا فرو‌سرخ نزدیک بسیار تاریک هستند. چرا که میزان زیادی غبار دارند و این غبار، طول‌موج‌ها‌ی کوتاه‌تر را جذب می‌کند.

کهکشان

سمت چپ، عکس میدان عمیق هابل و سمت راست، مشاهدات ALMA در طول موج کمتر از میلی‌متر

مشخص کردن ویژگی‌ها‌ی کهکشان‌ها در این طول‌موج‌ها دشوار است. برای مثال، طیف‌سنجی که تکنیکی برای تخمین ویژگی‌ها‌ی ستاره‌ها طبق طیف الکترو‌مغناطیسی آن‌ها است، در این بازه‌ی بسیار محدود طول‌موجی، بسیار دشوار می‌شود. با‌ این‌ حال دانشمندان باز هم توانستند حقیقی بودن این کهکشان‌ها را تعیین کنند. چگالی فضا‌ی این کهشکشان‌ها دو برابر بیشتر از چگالی فضا‌ی کهکشان‌ها‌ی انفجار ستاره‌ای (چگالی فضا به‌معنی تراکم ماده از جمله ستاره‌ها و سیاره‌ها در فضا‌یی است که یک کهکشان اشغال می‌کند. بعضی از کهکشان‌ها متراکم‌تر از سایر کهکشان‌ها هستند) است. این کهکشان‌ها‌ی قدیمی و بزرگ با نرخ ۱۰۰ برابر بیشتر از نرخ کنونی تولید ستاره در کهکشان راه‌شیری، ستاره تولید می‌کنند. 

هر‌چه کهکشان بزرگ‌تر باشد، سیاهچاله‌ی مرکز آن نیز سنگین‌تر و بزرگ‌تر است. در پژوهشی که امسال قبل از پژوهش حاضر منتشر‌ شد، نشان‌ داده‌ شد که تا چه اندازه این سیاهچاله‌ها می‌توانند قدمت داشته‌ و در ابتدا‌ی جهان تشکیل شده‌ باشند. این یافته، دانسته‌ها‌ی ما در‌مورد تشکیل سریع سیاهچاله‌ها را به‌ چالش‌کشید. کهکشان‌ها‌ی تازه کشف‌شده نیز قسمت دیگری از معما هستند. وانگ در ساینس الرت گفت:

در مدل‌ها و شبیه‌سازی‌ها‌ی اخیر، وجود این تعداد از کهکشان‌ها‌ی عظیم و غباری مورد‌انتظار نبود. وجود این کهکشان‌ها نشان می‌دهد که در زمان‌ها‌ی آغاز خلقت، جهان توانایی تشکیل سیستم‌ها‌ی عظیم را بسیار سریع‌تر از تصور ما داشته است. این موضوع باعث ایجاد چالش‌ها‌ی جدیدی برای نظریه‌پردازان و طراحان مدل شده‌ است. 

هر‌چه کهکشان بزرگ‌تر باشد، سیاهچاله‌ی مرکز آن نیز سنگین‌تر و بزرگ‌تر است

کهکشان‌ها‌ی تازه کشف‌شده به ستاره‌شناسان کمک می‌کنند تا معما‌یی که مدت‌ها پاسخ آن را نمی‌دانستند را تا حدودی حل کنند. این معما، همان تعداد زیاد کهکشان‌ها‌ی بزرگ است که طول‌موج آن‌ها دچار انتقال به‌سرخ شده است. در بررسی‌ها‌ی مربوط به جهان اولیه، هیچ‌گاه تعداد کهکشان‌ها‌ی اولیه برای توضیح کهکشان‌ها‌ی جدید‌تر، کافی نبوده است.

طبق نتایجی که از پژوهش جدید به‌دست آمده است، تیم پژوهشی تخمین زده‌اند که باید حدود ۵۳۰ کهکشان در هر درجه‌ی مربع از آسمان وجود‌ داشته باشد که به‌همین شکل، طول‌موج‌ها‌ی آن‌ها دچار انتقال به سرخ شده باشد. اما طبق حدس تیم پژوهشی، جرم این کهکشان‌ها باید از جرم کهکشان‌ها‌ی تازه‌کشف‌شده کمتر باشد (برای فهم بهتر از این تخمین، در‌نظر بگیرید که ماه کامل از دید ناظر زمینی نیم درجه پهنا دارد). وانگ گفت:

تراکم زیاد این تعداد کهکشان بزرگ و پر‌جرم تازه‌کشف‌شده به حل تنش مورد بحث کمک می‌کند. 

تیم پژوهشی در تلاش است تا با استفاده از آرایه‌ی تلسکوپ میلی‌متری/ زیر میلی‌متری آتاکاما جزئیات بیشتری در‌مورد این ۳۹ کهکشان که طول‌موج آن‌ها دچار انتقال به سرخ شده است، به‌دست آورد. علاوه‌بر‌ این، این تیم پژوهشی قصد دارد نرخ تولید ستاره در این کهکشان‌ها و همچنین محتوا‌ی غباری آن‌ها را مطالعه‌کند. اما برای تحلیل‌ها‌ی طیف‌سنجی از کهکشان‌ها باید تا زمانی‌که تلسکوپ جیمز وب، جانشین تلسکوپ هابل در سال ۲۰۲۱ به فضا پرتاب می‌شود، صبر کنیم. وانگ گفت:

برای مشاهدات فضا‌یی که در آینده با تلسکوپ فضا‌یی جیمز وب در انتظار ما است، بسیار مشتاق هستم. تلسکوپ یادشده به ما نشان‌ خواهد داد که این هیولا‌ها‌ی ابتدا‌ی خلقت از چه موادی درست شده‌اند. 

پژوهش جاضر در مجله‌ی Nature منتشر شده‌ است. 

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده

بیشتر بخوانید