چرا ستاره شناسان در پی کشف دورترین کهکشان ها هستند؟ - وبلاگ نازنین

به گزارش وبلاگ نازنین، در ماه های گذشته بود که یک تیم بین المللی از ستاره شناسان، کهکشانی به نام HD1 را به جهان معرفی کردند که اگر تأیید شود، این کهکشان دورترین جرم نجومی کشف شده در کیهان تا کنون خواهد بود.

HD1 تنها 320 میلیون سال پس از تولد کیهان در مه بانگ می درخشید، زمانی که بسیار نزدیک به مبدأ جهان است و بنابراین نور این کهکشان سفری باورنکردنی 13.4 میلیارد ساله را برای رسیدن به تلسکوپ های ما انجام داده است.

برای داشتن درکی از این زمان، باید درنظر داشت که دایناسورها فقط 0.2 میلیارد سال پیش در سیاره ما پرسه می زدند و کل تاریخ زمین از 4.5 میلیارد سال پیش شروع شده است. بنابراین وقتی فوتون هایی که در نهایت در تلسکوپ های ما ثبت شده اند HD1 را ترک کردند، سیاره ما هنوز وجود نداشت. حتی ظهور خود منظومه شمسی هم تقریبا 9 میلیارد سال پس از مه بانگ اجرا شده است.

درک تکامل کیهان

اما دلیل این نوع تازه مسابقه فضایی برای نگاه کردن به قدیمی ترین و دوردست ترین اجرام چیست؟ بدون شک چیزی شاعرانه، و حتی حماسی، در تشخیص نور برآمده از تاریکی کیهان اولیه وجود دارد. اما انگیزه بسیار عمیق تری هم برای چنین جست وجویی وجود دارد.

به زبان ساده، باید گفت که اخترشناسان در پی تکمیل یک جست وجوی هزار ساله برای نقشه برداری از کیهان و فرایند تکامل آن هستند. مطالعه اجرام باستانی مانند HD1 می تواند به پر کردن شکاف های دیرینه در دانش ما کمک کند، و امکان می دهد تا در نهایت ببینیم که چگونه جهان از یک گستره بی شکل پلاسما، به آرایش های آشنای کهکشان ها، ستارگان و سیارات که آسمان را زیبا می کنند، تبدیل شده است.

مطالعه منابع دور نیازمند درک این است که چه منبع اخترفیزیکی نور آن ها را تولید کرده است. برای نمونه دانشمندان چندین توضیح برای اچ دی1 ارائه داده اند. از جمله اینکه نور یا باید از درخشش جمعی میلیاردها ستاره با جرم خاص، یا از یک سیاه چاله بسیار پرجرم که از مقادیر بسیار زیادی گاز تغذیه می کند، سرچشمه بگیرد.

مطالعه اجرام کیهانی با نور

ستاره شناسان اغلب سعی می کنند ماهیت منابع نوری را که میلیاردها سال نوری از ما فاصله دارند، با مطالعه طیف های آن ها، یعنی تقسیم نور دریافت شده به رنگ های تشکیل دهنده استنباط کنند. این کار می تواند بسیار پیچیده باشد، بنابراین در چنین شرایطی، اطلاعات مربوط به یک منبع قطعا ناقص است و قطعیتی در آن نیست.

برای مثال نور HD1 چیزی گیج کننده را نشان می دهد: تابش فرابنفش این دورترین کهکشان شناخته شده، بسیار قوی تر از چیزی است که کهکشان های نزدیک تر به ما دارند. اگر بیشتر این نور از طریق ستارگان تولید شده باشد، باید تا حدودی با خورشید ما متفاوت باشد و فوتون های پرانرژی بیشتری آزاد کند.

با توجه به اینکه نگاه ما به HD1 چقدر ما را به عقب می برد، این منابع درخشان می توانند از جمله اولین جمعیت ستارگان تشکیل شده در کیهان و به اصطلاح ستارگان جمعیت 3 (Population III) باشند. چنین ستارگانی که تا به امروز هرگز مشاهده نشده اند و تصور می شود سنگین تر، بزرگتر و داغ تر از خورشید ما باشند.

از سوی دیگر، تابش HD1 با نوری که از یک سیاهچاله بزرگ با جرم صد میلیون برابر خورشید انتظار داریم، سازگار است. این تقریبا 25 برابر بزرگ تر از سیاهچاله کمان ای* است که به تازگی از طریق تلسکوپ افق رویداد در مرکز کهکشان راه شیری از آن تصویربرداری شده است.

منشأ این جرم هرچه باشد، نور HD1 و کهکشان های بسیار دوردست، پیامی از گذشته های بسیار دور و نسبتا خشن همراه خود دارد؛ زمانی که ستاره ها و کهکشان ها در کیهان نادر بودند. در حقیقت HD1 در دورانی می درخشید که جهان در نهایت از حالتی شروعین خارج می شد، دورانی که ستاره شناسان آن را عصر تاریک کیهانی می نامند: این دوره حدود صد میلیون سال طول کشید و اساسا فاقد اجرام اخترفیزیکی درخشان بود. اولین ستاره ها و سیاهچاله ها تازه شروع به شکل گیری کرده بودند و برای اولین بار جهان را با نور مرئی پر کردند.

دورتر از دورترین ها

این دورترین کهکشان کشف شده، 100 میلیون سال از رکورددار قبلی، یعنی کهکشان GN-z11 که در سال 2016 کشف شد، دورتر است و 250 میلیون سال دورتر از رتبه سوم یعنی کهکشان EGSY8p7 که در سال 2015 کشف شد.

فاصله تا یک کهکشان، با تکنیکی نوآورانه و بر اساس مفهوم انتقال به سرخ کیهانی، که ناشی از انبساط جهان است، میزان گیری می شود: هر چه منبعی دورتر باشد، سریع تر از ما دور می شود و سرعت دور شدن این کهکشان های دوردست، طول موج ها را تغییر می دهد.

برای درک تغییر طیف آن ها، می توان گفت که اگر لامپی که نور بنفش خالص تابش می کند، در ناحیه ای از کیهان قرار بگیرد که از نگاه زمین تقریبا مطابق با یک جابه جایی سرخ 1 است، قرمز تیره به نظر می رسد. بنابراین با مقایسه طیف های مشاهده شده از این کهکشان ها با طیف های یک منبع ساکن، می توانیم درک کنیم که کهکشان ها با چه سرعتی از ما دور می شوند و چقدر دور هستند.

کتاب کیهان

اگر تمام تاریخ کیهانی یک کتاب باشد، انتقال به سرخ به عنوان شماره صفحه عمل می کند که نشان می دهد یک رویداد چه زمانی در کل داستان اتفاق می افتد. اما متأسفانه، همه فصل ها برای ما قابل مشاهده نیستند و قرون تاریک کیهانی، بخش عمده ای از صفحات گمشده کتاب را تشکیل می دهند. تصور کنید هملت شکسپیر را بخوانید و از صحنه های ابتدایی بگذرید. در این صورت از کسی که در تاریکی، به دیوارهای قلعه ای در دانمارک زمزمه می کند، به شاهزاده ای که ارواح را می بیند و بر پرده خنجر می کشد، تبدیل می شوید.

این عمیق ترین و دقیق ترین دلیلی است که اخترشناسان همچنان در پی منابع دورتر و دورتر هستند. خوشبختانه ما در عصری زندگی کنیم که تلسکوپ هایی با قدرت بی سابقه می توانند به ما در این تلاش کیهانی کمک کنند.

تلسکوپ فضایی جیمز وب که اکنون آماده انتشار نخستین عکس تمام رنگی خود است، نقش اصلی را در این جست وجو برای نگاه به نخستین نورهای سپیده دم کیهانی دارد. بسکمک از تلسکوپ های دیگر هم نقش خود را ایفا خواهند کرد، از جمله تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن و کلاس تازه رصدخانه های زمینی غول پیکر که به این مجموعه برای کاوش دوردست های کیهان آماده می شوند.

بیش از 13 میلیارد سال تکامل کیهانی به این لحظه و به ما رسیده است. این بسیار دلگرم کننده و هوشیارکننده است که بیندیشیم اعمال ما در این سیاره کوچک و تنها، ممکن است عمیق ترین بیان از جهانی باشد که تلاش می کند خود را بشناسد.

عکس کاور: خوشه کهکشانی MACS J0416.1-2403 از نگاه هابل، در جست وجوی دورترین نورهای کیهان

Credit: ESA/Hubble, NASA, HST Frontier Fields

Acknowledgement: Mathilde Jauzac (Durham University, UK and Astrophysics & Cosmology Research Unit, South Africa) and Jean-Paul Kneib (École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Switzerland)

منبع: Scientific American