کیهان اولیه با انفجار ستاره ها روشن شد

.اولین ستاره‌ها و کهکشان‌ها چگونه شکل گرفتند؟

یکی از اساسی‌ترین پرسش‌ها در نجوم این است: اولین ستاره‌ها و کهکشان‌ها چگونه شکل گرفتند؟ تلسکوپ فضایی جیمز وب به تازگی بینش جدیدی در مورد این پرسش ارائه کرده است.

یکی از بزرگترین برنامه‌های “جیمز وب” در سال اول فعالیتش، بررسی پیشرفتۀ فراکهکشانی عمیق (JADES) است که حدود ۳۲ روز از زمان این تلسکوپ را برای کشف و توصیف کهکشان‌های کم‌نور و دوردست به خود اختصاص می‌دهد. در حالی که داده‌ها همچنان در حال به‌روزرسانی هستند، “جیمز وب” قبلا صدها کهکشان را کشف کرد، این کهکشان‌ها زمانی وجود داشتند که کیهان کمتر از ۶۰۰ میلیون سال قدمت داشت. تصویر جدید و خیره کنندۀ جیمز وب شامل بیش از ۴۵ هزار کهکشان است. کهکشان‌هایی که انبوهی از ستاره‌های جوان و داغ در آنها وجود دارند.

“مارسیا ریکه” از دانشگاه آریزونا در توسان، یکی از محققان این برنامه گفت:«ما با این برنامه می‌خواهیم به بسیاری از پرسش‌ها پاسخ دهیم، مثلا: اولین کهکشان‌ها چگونه شکل گرفتند؟ با چه سرعتی ستاره‌ها را تشکیل دادند؟ چرا برخی کهکشان‌ها دیگر نمی‌توانند ستاره بسازند؟»

کارخانه‌های ستاره

رایان اندسلی” از دانشگاه تگزاس در آستین تحقیقاتی را در مورد کهکشان‌هایی که ۵۰۰ تا ۸۵۰ میلیون سال پس از بیگ بنگ وجود داشته‌اند، مدیریت کرد. این زمان بسیار مهمی بود که به عنوان دوره «باز یونیده شدن» شناخته می‌شد. برای صدها میلیون سال پس از بیگ بنگ، کیهان پر از مه گازی بود که آن را در برابر نور پرانرژی، مات می‌کرد. یک میلیارد سال پس از بیگ بنگ، مه پاک شد و جهان شفاف شد، فرآیندی که «باز یونیده شدن» نام دارد. دانشمندان بررسی کردند که آیا سیاهچاله‌های فعال و پرجرم یا کهکشان‌های پر از ستارگان داغ و جوان علت اصلی «باز یونیده شدن» بودند یا خیر

در بخشی از برنامه JADES، “اندزلی” و همکارانش این کهکشان‌ها را با “طیف‌نگار فروسرخ نزدیک” وب که نشانه‌های شکل‌گیری ستاره‌ها را جستجو می‌کند، مورد مطالعه قرار دادند و ستارگان زیادی را یافتند. تقریباً هر کهکشانی که به دنبال آن هستیم، این خطوط انتشار غیرمعمول قوی را دارد که نشان‌دهندۀ شکل‌گیری شدید ستاره‌ها در این دوره است. در واقع کهکشان‌های اولیه در ایجاد ستاره‌های داغ و پرجرم بسیار خوب عمل کرده‌اند.

ستاره های درخشان و پرجرم: سیلاب‌های نور فرابنفش و فرآیند باز یونش در کهکشان‌های اولیه

ستارگان درخشان و پرجرم، سیلاب‌هایی از نور فرابنفش را منتشر می‌کردند که با یونیزه کردن اتم‌ها، گاز اطراف را از مات به شفاف تبدیل می‌کرد و الکترون‌ها را از هسته‌هایشان جدا می‌کرد. از آنجایی که کهکشان‌های اولیه دارای چنین جمعیت زیادی از ستارگان داغ و پرجرم بودند، ممکن است محرک اصلی فرآیند «باز یونیده شدن» بوده باشند. اتحاد مجدد الکترون‌ها و هسته‌ها باعث ایجاد خطوط انتشار قوی می‌شود.

همچنین “اندزلی” و همکارانش شواهدی یافتند که نشان می‌دهد این کهکشان‌های جوان، دوره‌هایی از تشکیل سریع ستارگان و همینطور دوره‌های آرامی که ستاره‌های کمتری را تشکیل داده‌اند را پشت سر گذاشته‌اند. این تناسب‌ها و آغازها ممکن است زمانی رخ داده باشد که کهکشان‌ها، توده‌هایی از مواد خام گازی مورد نیاز برای تشکیل ستاره‌ها را به دست آورده‌اند. از آنجایی که ستارگان پرجرم به سرعت منفجر می‌شوند، ممکن است به طور دوره‌ای انرژی را به محیط اطراف تزریق کرده باشند و از متراکم شدن گاز برای تشکیل ستاره‌های جدید، جلوگیری کنند

کیهان اولیه آشکار شد

یکی دیگر از عناصر برنامه JADES شامل جستجو برای اولین کهکشان‌هایی است که در زمانی که کیهان کمتر از ۴۰۰ میلیون سال قدمت داشت، وجود داشته‌اند. با مطالعه‌ی این کهکشان‌ها، محققان می‌توانند کشف کنند که شکل‌گیری ستاره‌ها در دوران اولیه پس از بیگ بنگ چه تفاوتی با آنچه در زمان کنونی دیده می‌شود، داشته است. نور کهکشان‌های دور در اثر انبساط کیهان به طول موج‌های بلندتر و رنگ‌های قرمزتر کشیده می‌شود – پدیده‌ای به نام انتقال به سرخ. با اندازه‌گیری انتقال به سرخ یک کهکشان، ستاره‌شناسان می‌توانند بفهمند که این کهکشان چقدر دور است و چه زمانی در کیهان اولیه وجود داشته است. قبل از وب، تنها چند ده کهکشان در بالای انتقال به سرخ ۸ مشاهده شده بود. زمانی که کیهان کمتر از ۶۵۰ میلیون سال قدمت داشت، اما اکنون نزدیک به هزار عدد از این کهکشان‌های بسیار دور کشف شده است.

استاندارد طلایی برای تعیین انتقال به سرخ شامل نگاه کردن به طیف یک کهکشان است . که روشنایی آن را در تعداد بی‌شماری از طول موج‌های نزدیک اندازه‌گیری می‌کند. اما یک تخمین خوب را می‌توان با گرفتن عکس از یک کهکشان با استفاده از فیلترهایی که هر یک نوار باریکی از رنگ‌ها را پوشش می‌دهند، تعیین کرد.  تا تعداد انگشت‌شماری سنجش روشنایی به دست آید. به این ترتیب، محققان می‌توانند تخمین‌هایی از فاصله‌ی هزاران کهکشان را به طور همزمان انجام دهند.

شکل‌گیری ستارگان در کیهان اولیه بسیار پیچیده‌تر از آن چیزی است که فکر می‌کردیم

“کوین هاین‌لاین” از دانشگاه آریزونا در توسان و همکارانش از ابزار NIRCam (دوربین فرو سرخ نزدیک) وب برای به دست آوردن این اندازه‌گیری‌ها به نام انتقال‌های سرخ نورسنجی استفاده کردند . و بیش از ۷۰۰ کهکشان داوطلب را شناسایی کردند، کهکشان‌هایی که بین ۳۷۰ تا ۶۵۰ میلیون سال بعد از بیگ بنگ وجود داشتند. تعداد این کهکشان‌ها بسیار فراتر از پیش‌بینی‌های انجام شده قبل از پرتاب وب بود. وضوح و حساسیت فوق‌العاده‌ی این رصدخانه به ستاره‌شناسان اجازه می‌دهد تا دید بهتری از این کهکشان‌های دوردست داشته باشند

پیش از این، اولین کهکشان‌هایی که می‌توانستیم ببینیم، شبیه لکه‌های کوچکی بودند. با این حال، این لکه‌ها نشان دهنده‌ی میلیون‌ها یا حتی میلیاردها ستاره در ابتدای کیهان هستند. اکنون، ما می‌توانیم ببینیم که برخی از آنها در واقع اجرام گسترده‌ای با ساختار قابل مشاهده هستند. ما می‌توانیم گروه‌هایی از ستارگان را ببینیم که تنها چند صد میلیون سال پس از آغاز کیهان، متولد شده‌اند. “ریکه” افزود: «ما در می‌یابیم که شکل‌گیری ستارگان در کیهان اولیه بسیار پیچیده‌تر از آن چیزی است که فکر می‌کردیم.

منبع:

Early Universe Crackled With Bursts of Star Formation, Webb Shows

گرداورنده: محمدمهدی رضایی

سوشال مدیای اکادمی تلسی

https://telsi.co/

telsi.co