کشف نوری «غیرممکن» از سپیده‌دم کیهان

انتشار غیرمنتظره و درخشان هیدروژن، اخترشناسان را شگفت‌زده کرد.

در جهان اولیه، فضا مملو از مه غلیظی از گاز هیدروژن خنثی بود. اگرچه اولین ستارگان و کهکشان‌ها نور فرابنفش قدرتمندی ساطع می‌کردند، اما بخش زیادی از این نور توسط هیدروژن اطراف جذب می‌شد. این وضعیت تا صد‌ها میلیون سال بعد ادامه داشت، زمانی که این مه به‌تدریج از بین رفت و اتم‌های هیدروژن یونیزه شدند و اجازه دادند نور در سراسر کیهان منتشر شود.

اخترشناسان این دوره کلیدی را عصر یونیزاسیون مجدد می‌نامند و همچنان در حال بررسی چگونگی و زمان وقوع آن هستند. اکنون، کشف یک کهکشان جدید سرنخی شگفت‌آور در این زمینه ارائه داده است. این کهکشان که JADES-GS-z۱۳-۱ نام دارد، تنها ۳۳۰ میلیون سال پس از مهبانگ وجود داشته و تابشی درخشان از هیدروژن منتشر می‌کند. این نوع نور، که به انتشار لایمن-آلفا معروف است، در چنین زمان اولیه‌ای از جهان باید توسط مه غلیظ هیدروژن مسدود می‌شد. قابل مشاهده بودن این تابش، دانشمندان را غافلگیر کرده و آنها را وادار به بازنگری در درک خود از سرعت پاک شدن این مه کرده است.

مشاهده کهکشانی که مه کیهانی را کنار زده است

با استفاده از قابلیت‌های قدرتمند فروسرخ تلسکوپ فضایی جیمز وب، دانشمندان قادرند کهن‌ترین کهکشان‌های جهان را مطالعه کنند. در کشفی غیرمنتظره، تیمی بین‌المللی از اخترشناسان تابش درخشان هیدروژن را از کهکشانی مشاهده کردند که بسیار زودتر از حد انتظار وجود داشته است. این کشف پرسش‌های جدیدی را درباره چگونگی فرار نور از مه غلیظ هیدروژن خنثی که جهان اولیه را پر کرده بود، مطرح می‌کند.

کشف کهکشان دوردست: JADES-GS-z۱۳-۱

این کهکشان که JADES-GS-z۱۳-۱ نام دارد، در تصاویری که توسط دوربین فروسرخ نزدیک (NIRCam) تلسکوپ جیمز وب ثبت شده، شناسایی شد. این کهکشان تنها ۳۳۰ میلیون سال پس از مهبانگ وجود داشته است. پژوهشگران ابتدا فاصله آن را با توجه به میزان کشیدگی نور آن، که ناشی از انبساط فضا است، بر اساس روشنایی در فیلتر‌های مختلف فروسرخ برآورد کردند.

به گزارش ساینس دیلی، داده‌های NIRCam نشان دادند که این کهکشان دارای انتقال‌به‌سرخ ۱۲.۹ است. برای تأیید این فاصله بسیار زیاد، تیمی به سرپرستی یوریس ویتستوک از دانشگاه کمبریج، به همراه همکارانی از مرکز سپیده‌دم کیهانی و دانشگاه کپنهاگ، از طیف‌سنج فروسرخ نزدیک (NIRSpec) برای مطالعه جزئیات بیشتر این کهکشان استفاده کردند.

انتشار غیرمنتظره هیدروژن، اخترشناسان را شگفت‌زده کرد

نتایج طیف‌سنجی تأیید کرد که این کهکشان دارای انتقال‌به‌سرخ ۱۳.۰ است، که نشان‌دهنده مشاهده آن در زمانی تنها ۳۳۰ میلیون سال پس از مهبانگ است. اما ویژگی شگفت‌آوری نیز در طیف آن دیده شد: یک طول‌موج خاص و بسیار درخشان از نور، معروف به انتشار لایمن-آلفا، که توسط اتم‌های هیدروژن گسیل می‌شود. این تابش بسیار قوی‌تر از حدی بود که اخترشناسان در این مرحله اولیه از تکامل کیهان انتظار داشتند.

روبرتو مایولینو، یکی از اعضای تیم از دانشگاه کمبریج و دانشگاه کالج لندن، توضیح داد: "جهان اولیه در مه غلیظی از هیدروژن خنثی غوطه‌ور بود. بیشتر این غبار در فرآیندی به نام یونیزاسیون مجدد، که حدود یک میلیارد سال پس از مهبانگ تکمیل شد، از بین رفت. اما کهکشان GS-z۱۳-۱ در زمانی دیده می‌شود که جهان تنها ۳۳۰ میلیون سال عمر داشت و با این حال دارای امضای بسیار واضحی از انتشار لایمن-آلفا است که تنها در صورتی می‌تواند دیده شود که مه اطراف آن کاملاً از بین رفته باشد. این یافته کاملاً برخلاف نظریه‌های موجود درباره تشکیل کهکشان‌های اولیه است و دانشمندان را شگفت‌زده کرده است. "

نوری که برخلاف انتظار از کهکشان گریخته است

پیش از و در طول عصر یونیزاسیون مجدد، مقادیر عظیمی از مه هیدروژن خنثی اطراف کهکشان‌ها، هرگونه نور فرابنفش پرانرژی آنها را مسدود می‌کرد؛ دقیقاً مانند تأثیر فیلتر‌های رنگی که مانع عبور برخی از طول‌موج‌های نور می‌شوند. تا زمانی که ستارگان کافی تشکیل نشده و قادر به یونیزه کردن گاز هیدروژن نبودند، هیچ نوری از این کهکشان‌های نوپا — از جمله انتشار لایمن-آلفا — نمی‌توانست از آنها گریخته و به زمین برسد. بنابراین، تأیید وجود تابش لایمن-آلفا از این کهکشان پیامد‌های مهمی برای درک ما از جهان اولیه دارد.

بازنگری در تکامل کیهانی

کوین هین‌لاین، یکی از اعضای تیم از دانشگاه آریزونا، اظهار داشت: "بر اساس درک فعلی ما از تکامل جهان، نباید کهکشانی مانند این را پیدا می‌کردیم. می‌توان جهان اولیه را مانند فضایی پوشیده از مه غلیظ تصور کرد که یافتن حتی قدرتمندترین فانوس‌های دریایی در آن بسیار دشوار است، اما اکنون شاهد پرتوی نوری از این کهکشان هستیم که پرده کیهانی را شکافته است. این خط طیفی شگفت‌انگیز پیامد‌های بزرگی برای چگونگی و زمان یونیزاسیون جهان دارد. "

منشأ احتمالی این تابش مرموز

منبع انتشار لایمن-آلفا از این کهکشان هنوز مشخص نیست، اما یکی از احتمالات تابش اولین نسل از ستارگان جهان است. ویتستوک توضیح می‌دهد: "حباب بزرگ هیدروژن یونیزه‌شده در اطراف این کهکشان ممکن است توسط جمعیتی غیرعادی از ستارگان ایجاد شده باشد — ستارگانی که بسیار پرجرم‌تر، داغ‌تر و درخشان‌تر از ستارگان تشکیل‌شده در دوران‌های بعدی بودند و احتمالاً نمایانگر نخستین نسل از ستارگان هستند. "

هسته فعال کهکشانی قدرتمندی که توسط یکی از نخستین سیاهچاله‌های ابرپرجرم هدایت می‌شود، نیز یکی دیگر از احتمالات مطرح‌شده توسط تیم پژوهشی است.

این پژوهش در ۲۶ مارس در مجله Nature منتشر شده است.

انتهای پیام/