کشف رکوردشکن در اعماق جهان؛ قدیمیترین کهکشان مرده که به سرعت درخشید و خاموش شد
اخترشناسان با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST)، دورترین و آغازینترین کهکشان مردهی کلانجرم را شناسایی کردند. این کشف نشان میدهد که کهکشانها بسیار زودتر از آنچه پیشتر تصور میشد، وارد مرحله «مرگ» شدند.
مرگ کهکشان به معنی آهستهشدن یا توقف روند شکلگیری شدید ستارهها است. چنین کهکشانهای مردهای با واژهی خاموششده (quenched) شناخته میشوند. کهکشانهای مردهی اولیهای که توسط جیمز وب دیده شدهاند، به دلیل نبود ستارگان جوان، داغ و آبی و فراوانی ستارگان کوچک و پیر قرمز با عنوان «قرمز و مرده» شناخته میشوند. همچنین به دلیل ظاهرشان در تصاویر جیمز وب، لقب «نقاط قرمز کوچک» نیز گرفتهاند.
نوری که از کهکشان رکوردشکن جدید با نام RUBIES-UDS-QG-z7 به ما رسیده ۱۳ میلیارد سال در سفر بوده است؛ به این معنا که جیمز وب آن را در همان وضعیتی دیده که فقط ۷۰۰ میلیون سال پس از بیگبنگ در آن قرار داشت. این امر، کهکشان مورد بحث را به نخستین کهکشان عظیم خاموششده (MQG) تبدیل میکند که در دوران نوزادی کیهان ۱۳٫۸ میلیارد ساله دیده شده است. اندریا وایبل، عضو تیم پژوهشی دپارتمان نجوم دانشگاه ژنو، به اسپیسداتکام گفت:
ما کهکشانی را کشف کردیم که ۱۵ میلیارد برابر جرم خورشید را به صورت ستاره شکل داد و سپس درحالیکه فقط ۷۰۰ میلیون سال از عمر جهان میگذشت، فرآیند شکلگیری ستارهها در آن متوقف شد. بهاینترتیب RUBIES-UDS-QG-z7 به دوردستترین کهکشان عظیم خاموششدهای تبدیل شده که تاکنون شناخته شده است.
کشف جدید ممکن است مدلهای کنونی ما دربارهی چگونگی تکامل کهکشانها و در نهایت توقف رشدشان بر اثر پایان ستارهزایی را به چالش بکشد. به گفتهی وایبل:
این مشاهده نشان میدهد که برخی کهکشانها در زمانی که جهان تنها ۷۰۰ میلیون سال داشت، ستارهزایی را متوقف کردند. تا بهحال، مدلها و شبیهسازیها تنها تعداد بسیاری کمی از این نوع اجرام را پیشبینی کردهاند؛ بیش از ۱۰۰ برابر کمتر از آنچه وجود RUBIES-UDS-QG-z7 نشان میدهد. این به این معناست که شاید لازم باشد در فرآیندها و سازوکارهای فیزیکی که شکلگیری ستاره و پایان آن را در کهکشانهای آغازین تنظیم میکنند، بازنگری شوند.
زندگی سریع، مرگ زودهنگام
کهکشانهای خاموششده در نزدیکی راه شیری رایج هستند که امری طبیعی است؛ چون هرچه دورتر را ببینیم، بیشتر به گذشته نگاه میکنیم؛ بنابراین، کهکشانهای عظیم محلی زمان زیادی داشتهاند تا ستارهزایی را آغاز کنند، به جرمهای عظیمی برسند و سپس گاز و گرد و غبار لازم برای ساخت ستارهها را مصرف کنند و خاموش شوند. از این رو، انتظار داریم که کهکشانهای دورتر هنوز در دوران جوانی و پرشور ستارهزایی خود باشند.
بااینحال، هرچه تلسکوپ جیمز وب بیشتر به اعماق زمان بازمیگردد، کهکشانهای عظیم خاموششده (MQG) بیشتری را در دورههای آغازین جهان کشف میکند. چندین نمونه از این کهکشانهای «قرمز و مرده» حتی در زمانی به قدمت ۱٫۲ میلیارد سال پس از بیگبنگ کشف شدهاند. کهکشان RUBIES-UDS-QG-z7 که در چارچوب برنامهای به نام «ناشناختههای قرمز: بررسی فراکهکشانی فروسرخ روشن» یا به اختصار RUBIES کشف شده، مرز کشف کهکشانهای خاموششده را ۵۰۰ میلیون سال دیگر به عقب برد. وایبل میگوید:
کهکشانهای کلانجرم که در ابتدای جهان رصد شدهاند، زمان محدودی برای شکلگیری ستارههایشان داشتند؛ بدین معنی که باید بهسرعت و با بازدهی بالا شکل گرفته باشند و همین مسئله به ما کمک میکند نظریهها و مدلهای شکلگیری و رشد کهکشانها را محدود کنیم و در برخی موارد به چالش بکشیم؛ اما RUBIES-UDS-QG-z7 نهتنها عظیم است، بلکه شکلگیری ستاره در آن حدود ۵۰ تا ۱۰۰ میلیون سال پیش از زمانی که آن را مشاهده میکنیم، متوقف شده است. در حالی که کهکشانهای عادی در این دورهها همچنان با زایش ستاره، جرم ستارهای خود را افزایش میدهند.
براساس توضیحات وایبل، جرم کهکشان RUBIES-UDS-QG-z7 و تاریخچهی بازسازیشدهی شکلگیریاش، نشاندهندهی زایش ستارهای نسبتا بهینه برای این کهکشان است. موضوعی که بهخودیخود، مدلهای فعلی شکلگیری ستاره را مستقیماً به چالش نمیکشد. او افزود:
این کهکشان بسیار فشرده است و احتمالا از آن دسته جرمهایی است که در آن مقدار زیادی گاز و غبار یا به عبارتی همان سوخت شکلگیری ستاره دچار فروپاشی شده و در حجمی کوچک تجمع پیدا کرده است. در چنین حجمی ستارهها میتوانند برای مدتی طولانی طی انفجارهای متعدد با سرعت و به شکلی بهینه شکل بگیرند. آنچه RUBIES-UDS-QG-z7 را منحصربهفرد میکند، این است که زایش ستارهها را خیلی زود متوقف کرده است.
در تصاویر جیمز وب، کهکشان RUBIES-UDS-QG-z7 شبیه به اجرامی به نام «نقاط قرمز کوچک» بود که پیشتر با جیمز وب کشف شدند. بسیاری از این اجرام خطوط نشری قوی داشتند یا نشانههایی از هستههای فعال کهکشانی (AGN) را نشان میدادند. در نتیجه حداقل بخش زیادی از نوری که از این نقاط قرمز کوچک دریافت میکنیم، احتمالاً ناشی از سیاهچالههای کلانجرمی در حال تغذیه است، نه از ستارهها. بااینحال، وایبل اضافه کرد که RUBIES-UDS-QG-z7 هیچ نشانهای از وجود AGN ندارد و این یعنی نور آن کاملاً از ستارهها میآید و نه از شرایط آشوبناک اطراف سیاهچالهای در حال تغذیه. او ادامه داد:
این موضوع، همراه با جرم بالا و خاموشی کهکشان، واقعاً شگفتانگیز بود. تاکنون تنها یک نمونه مانند این را در میان تمامی دادههای بررسیشدهی جیمز وب پیدا کردیم.
از این رو پژوهشگرها محاسبه کردند که فراوانی کهکشانهایی شبیه به RUBIES-UDS-QG-z7 باید درحدود یک در میلیون باشد. وایبل گفت:
البته این عدد کاملاً نامطمئن است، چون نمیدانیم چقدر خوششانس بودهایم که در همین بخش کوچک از آسمان که تا کنون اسکن کردهایم، چنین کهکشانی را یافتهایم. امیدواریم در سالهای آینده و دادههای بیشتر از جیمز وب، بتوانیم مناطق وسیعتری از آسمان را جستوجو کنیم و درک دقیقتری از میزان فراوانی کهکشانهایی مانند RUBIES-UDS-QG-z7 به دست آوریم.
انجام تصویربرداری طیفنگاری با وضوح بالاتر و عمق بیشتر از کهکشان RUBIES-UDS-QG-z7 میتواند مقدار عناصر گوناگون موجود در آن را آشکار و به روشنتر شدن تاریخچهی شکلگیری آن کند.
وایبل میگوید ممکن است جیمز وب برای بررسی بیشتر RUBIES-UDS-QG-z7 به کمک پروژهی بزرگترین تلسکوپ رادیویی زمین، آرایه میلیمتری/زیرمیلیمتری آتاکاما (ALMA) نیاز داشته باشد که متشکل از ۶۶ آنتن در صحرای آتاکامای شیلی شمالی است. او گفت:
دادههای تلسکوپ ALMA در طولموجهای بلندتر نور میتوانند بینش مستقیمی درباره میزان گاز و غبار در کهکشان به ما بدهند که ارتباط نزدیکی با تاریخچه گذشته و آینده ستارهزایی آن دارد
نتایج پژوهش یکم آوریل در ژورنال The Astrophysical Journal منتشر شد.