چشم‌‌انداز شگفت‌انگیز دوردست‌ترین کهکشان‌های جهان از نگاه تلسکوپ جیمز وب

به گزارش مجله‌ی نیچر، در ماه ژوئن پژوهشگرها یکی از بزرگ‌ترین و عمیق‌ترین نقشه‌های نجومی آسمان شب تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) را رونمایی کردند. درجریان این تلاش، قدیمی‌ترین کهکشان‌های جهان شناسایی شدند که قدمت آن‌ها به بازه‌ی ۶۵۰ میلیون سال پس از بیگ‌بنگ یا تولد جهان بازمی‌گردد. بر اساس یافته‌های حیرت‌انگیز جیمز وب، ستاره‌ها و کهکشان‌های در حال شکل‌گیری و تکامل بسیار قدیمی‌تر از پیش‌بینی‌ها آشکار شدند.

پروژه‌ی یادشده که با عنوان نقشه‌ی فراکهکشانی عمیق پیشرفته‌ی جیمز وب (JADES) شناخته می‌شود، به بررسی تکه‌های متعددی از آسمان به ویژه صورت فلکی کوره اختصاص یافته است. این صورت فلکی در سال ۲۰۰۴ پس از آنکه تلسکوپ هابل به مدت ۱۱ روز به آن خیره ماند و هزاران کهکشان را آشکار کرد، به شهرت رسید. با این‌حال تلسکوپ جیمز وب برخلاف هابل، روی طول موج‌های فروسرخ هم کار می‌کند و به همین دلیل گزینه‌ی مناسبی برای رصد کهکشان‌های دوردستی است که نورشان با انبساط جهان کشیده می‌شود و سرخ‌تر به نظر می‌آید.

نور اجرام دوردست فواصل زیادی را می‌پیماید؛ درنتیجه نوری که ما دریافت می‌کنیم تصویر این اجرام را مدت کوتاهی پس از بیگ‌بنگ که در حدود ۱۳٫۸ میلیارد سال پیش رخ داد، نشان می‌دهد. ستاره‌شناس‌ها فاصله‌ی ستاره‌ها را با استفاده از معیاری به نام انتقال به سرخ یا سرخ‌گرایی اندازه می‌گیرند. هرچقدر سرخ‌گرایی بیشتر باشد، جرم موردنظر دورتر است.

پیش از پرتاب تلسکوپ فضایی جیمز وب در سال ۲۰۲۱، تعداد کمی کهکشان با سرخ‌گرایی بیش از ۸ رصد شده بودند. پروژه‌ی JADES به شناسایی ۷۱۷ کهکشان عظیم انجامید که احتمالا در این طیف سرخ‌گرایی قرار دارند. ستاره‌شناس‌ها چند نمونه‌ از کهکشان‌های موردعلاقه‌ی خود را از این گروه انتخاب کردند و نشان دادند که این اجرام چه درس‌هایی به ما می‌دهند. در ادامه‌ی مقاله به آن‌ها می‌پردازیم.

این حباب سرخ محو شاید شباهت زیادی به کهکشان نداشته باشد اما رکورددار دوردست‌ترین جرم شناخته‌شده در جهان است. جیمز وب کهکشان موسوم به JADES-GS-z13-0 را در اواخر سال گذشته کشف و سپس با بررسی دقیق نور ستاره‌هایش تایید کرد که در انتقال به سرخ ۱۳٫۲ قرار دارد. این عدد بدین معنا است که قدمت کهکشان به ۳۲۰ میلیون سال پس از بیگ‌بنگ بازمی‌گردد.

کهکشان یادشده از نظر فیزیکی کوچک است و قطر آن تنها به چند صد سال نوری می‌رسد، اما با سرعت یکسان با راه شیری در حال تولید ستاره‌های جدید است. به گفته‌ی برانت روبرتسون، ستاره‌شناس دانشگاه سانتاکروز کالیفرنیا، این نرخ تولید چشمگیر است؛ زیرا ستاره‌شناس‌ها تصور می‌کردند اولین کهکشان‌های جهان به کندی شکل گرفتند. JADES-GS-z13-0 و دیگر اجرام نشان می‌دهند کهکشان‌های آغازین در واقع بستر داغی برای شکل‌گیری ستاره‌ها بوده‌اند. به گفته‌ی کوین هینلاین، ستاره‌شناس دانشگاه آریزونا، این کهکشان‌ها عناصر سازنده‌ی جهان محسوب می‌شوند و آن‌ها را همه جا می‌بینیم.

پژوهشگرها تصور می‌کنند که جسم شبیه به استخوان سگ در انتقال به سرخ ۱۱٫۳ قرار دارد؛ هرچند این فاصله هنوز تایید نشده است. با فرض صحت این مقدار، جسم مورد بحث را درحالی می‌بینیم که تقریبا ۴۰۰ میلیون سال از بیگ‌بنگ گذشته است.

تلسکوپ فضایی جیمز وب فراتر از انتظارها در حال یافتن ساختارهای آغازین جهان است. به نظر می‌رسد استخوان سگ شامل دو کهکشان کوچک است که در مسیر ادغام قرار دارند؛ بنابراین حتی در فاصله‌ی ۴۰۰ میلیون سال پس از بیگ‌بنگ، ستاره‌هایی در جهان به‌وجود آمده بودند که کهکشان‌ها را تشکیل می‌دادند و دو کهکشان را در راه یکی‌شدن قرار دادند. پیش از آنکه جیمز وب بررسی آسمان شب را آغاز کند، دانشمندان فکر نمی‌کردند که این حجم از فعالیت کهکشانی در جهان اولیه امکان‌پذیر باشد.

کهکشانی که در تصویر بالا در انتقال به سرخ ۱۰٫۶ مشاهده می‌کنیم، به شکل شگفت‌انگیزی در فاصله‌ی ۴۳۰ میلیون سال پس از بیگ‌بنگ می‌درخشد. برای اولین بار تلسکوپ هابل این کهکشان با نام GN-z11 را رصد کرد و حالا این جرم کیهانی از نگاه تلسکوپ جیمز وب، مانند گویی درخشان به‌نظر می‌رسد. این درخشندگی ناشی از مارپیچ گاز و غبار فوق داغ اطراف سیاه‌چاله‌ی کلان‌جرم مرکز کهکشان است.

بر اساس دیگر رصدهای جیمز وب، کهکشان یادشده دربردارنده‌ی برخی از اولین ستاره‌هایی است که در جهان شکل گرفتند. مدرک این ادعا را می‌توان در توده‌های شیمیایی غیرمعمول از گاز هلیوم اولیه در اطراف لبه‌های کهکشان جستجو کرد.

ستاره‌های آغازین اغلب از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده بودند و مقدار کمی از عناصر شیمیایی دیگر را داشتند. این ترکیب ویژگی‌ها دقیقا همان چیزی است که جیمز وب احتمالا در GN-z11 مشاهده کرده است. اگر این کشف تایید شود، رویای دیرینه‌ی ستاره‌شناس‌ها برای کشف ستارگان اولیه محقق خواهد شد.

این کهکشان قلنبه‌ی بزرگ در انتقال به سرخ ۸ قرار دارد؛ بدین معنا که ۳۰۰ میلیون سال پس از رکورددار قدیمی‌ترین کهکشان شکل گرفت. اگر تاریخ ۱۳٫۸ میلیارد ساله‌ی جهان را به فیلمی دو ساعته تشبیه کنیم، پنج دقیقه‌ی اول شامل شکل‌گیری تمام کهکشان‌های آغازینی است که توسط جیمز وب رصد شدند. کهکشان قلنبه‌ی بزرگ که قطر آن به ۱۲ هزار سال نوری می‌رسد نشان می‌دهد که جهان از ابتدا پویا بوده است.

این کهکشان کوچک که ۷۰۰ میلیون سال پس از بیگ‌بنگ به چشم می‌خورد، بیش از آنکه در مرکز خود دارای فعالیت ستاره‌زایی باشد، در حاشیه‌هایش ستارگان را به دنیا می‌آورد. به گفته‌ی ساندرو تاچلا، اخترفیزیکدان دانشگاه کمبریج بریتانیا، این کهکشان اولین نمونه از رشد درون به بیرون در جهان آغازین است. در حالی که براساس فرضیه‌ها، ستاره‌ها معمولاً باید در نزدیکی مرکز کهکشان متولد شوند.

به نظر می‌رسد این کهکشان بلافاصله شروع به فعالیت کرده و به اندازه‌ی کهکشان‌های بزرگ امروزی، در قلب فشرده‌ی خود ستاره شکل داده است. پس از آن ، به ساختن ستارگان در حاشیه‌ی خود روی آورده است؛ همان مرحله‌ای که ستاره‌شناسان اکنون درحال رصدش هستند.

مجموعه‌ای گل مانند از کهکشان‌های بسیار سرخ و غبارآلود، تقریباً بلافاصله توجه گروه JADES را جلب کرد و لقب «رز کیهانی» را به خود اختصاص داد. به گفته‌ی استیسی آلبرتز، ستاره‌شناس دانشگاه توکسون آریزونا، این کهکشان جایگاه ویژه‌ای در قلب گروه JADES دارد و نمایش زیبایی از جهش جیمز وب در درک سرخ‌گرایی جهان به شمار می‌رود.

کهکشان‌های رزمانند احتمالاً به صورت فیزیکی به یکدیگر مربوط نیستند، زیرا در فواصل متفاوت در سرخ‌گرایی ۲٫۵ تا ۳٫۹ قرار دارند؛ اما این مقادیر آن‌ها را در قلب «ظهر کیهانی» قرار می‌دهد؛ دوره‌ای در حدود سه میلیارد سال پس از بیگ‌بنگ، زمانی که کهکشان‌ها آن‌قدر سریع ستارگان را تشکیل دادند که اکثر ستاره‌های شناخته‌ی امروزی در کیهان را پدید آوردند.