از ستاره صبحدم تا جهان پادماده‌ای که زمان در آن عقب می‌رود

کمتر روزی را می‌توان یافت که در آن خبر تازه‌ای از اکتشافات جدید در کیهان‌شناسی و نجوم منتشر نشود. کشف سیاهچاله ای در مرکز یک کهکشان مارپیچی، جستجوی نشانه‌های حیات در سیارات فراخورشیدی و یا سیارک‌های دوردست، رصد دورترین ستاره‌ها یا کهکشان‌ها معمولا از جمله موضوعاتی به شمار می‌روند که هر از گاهی در صدر اخبار علمی قرار می‌گیرند. در این یادداشت نگاهی خواهیم انداخت به برخی از جدیدترین تحولات مرتبط با نجوم و کیهان‌شناسی در ماه اخیر.

تلسکوپ فضایی جیمز وب، برای شکار امواج فروسرخ آماده می‌شود

با گذشت بیش از سه ماه از پرتاب تلسکوپ فضایی جیمز وب، دستگاه‌ها و ابزارهای رصدی این تلسکوپ طبق برنامه‌ریزی قبلی یکی پس از دیگری برای ورود به فاز علمیاتی آماده می‌شوند و بسیاری از دانشمندان بی‌صبرانه در انتظار دریافت نخستین مشاهدات این تلسکوپ فضایی هستند. ابزار فروسرخ میانه (MIRI) که یکی از مهم‌ترین ابزارهای رصدی تلسکوپ فضایی جیمز وب است، در روزهای اخیر با کاهش دما و رسیدن به دمای تقریبی بین ۳۴ تا ۳۹ کلوین (در حدود ۲۳۰- درجه سانتیگراد) به تدریج برای رسیدن به مرحله عملیاتی آماده می‌شود و عملا برای رسیدن به ۷ کلوین (۲۶۶- درجه سانتیگراد) یعنی دمای عملیاتی نهایی لازم، راه درازی در پیش ندارد.

تصویری از تلسکوپ فضایی جیمز وب

رصد امواج فروسرخ برای کیهان‌شناسان از اهمیت فراوانی برخوردار است، چرا که با استفاده از طیف فروسرخ می‌توان پشت دیوارهای عظیم غبارهای کیهانی و توده‌های متراکم سحابی و هر آنچه آنجا پنهان شده را مشاهده کرد. تلسکوپ فضایی جیمز وب، بخش‌هایی از طیف فروسرخ نزدیک و فروسرخ میانه را مشاهده خواهد کرد که تلسکوپ فضایی هابل قادر به رصد آنها نبود. هرچند تلسکوپ فضایی هابل هم می‌توانست بخش‌هایی از طیف فروسرخ (و به عبارتی گذشته کیهان) را رصد کند، اما اگر بخواهیم به زبان ساده بگوییم، تلسکوپ فضایی هابل می‌تواند اجرامی را که تنها حدود چهارصد میلیون سال پس از بیگ بنگ ایجاد شده‌اند ببیند، در صورتی که تلسکوپ فضایی جیمز وب می‌تواند با استفاده از ابزارهای رصدی فروسرخ خود، کیهان جوانی را مشاهده کند که تنها حدود صد میلیون سال از عمر آن گذشته است.

با وجود این، تلسکوپ فضایی هابل که از زمان پرتاب خود در سال ۱۹۹۰ تا کنون، سهم بزرگی در پیشبرد دانش نجوم و کیهان‌شناسی داشته (و احتمالا تا اواخر دهه ۲۰۳۰ یا حتی تا سال ۲۰۴۰ همچنان عملیاتی باقی خواهد ماند)، نشان داده که هنوز هم دود از کنده بلند می‌شود و باز هم می‌تواند با کشفی حیرت‌انگیز، دنیای کیهان‌شناسی را تکان دهد. آن هم درست در زمانی که تمامی توجه‌ها به سوی تلسکوپ فضایی جیمز وب جلب شده است.

ارندل، ستاره صبحدم

روز چهارشنبه ۳۰ مارس مقاله ای در نیچر منتشر شد که از کشف دورترین ستاره مشاهده‌شده در تاریخ نجوم و کیهان‌شناسی خبر می‌داد. ستاره WHL0137-LS  یا ارندل (Earendel) که تلسکوپ فضایی هابل موفق به کشف آن شد، نام خود را از یک کلمه قدیمی انگلیسی به معنی "نور در حال  طلوع" یا "ستاره صبحگاه" گرفته است. نور این ستاره ۱۲.۹ میلیارد سال در راه بوده تا به زمین برسد و مربوط به زمانی است که گیتی تنها حدود ۹۰۰ میلیون سال سن داشته است. این ستاره دست‌کم ۵۰ برابر خورشید است و به دلیل بزرگ بودنش، احتمالا چندین میلیون سال پس از آن به شکل یک ابرنواختر منفجر شده است. در واقع درست در همین لحظه که این متن را می‌خوانید، چنین ستاره‌ای دیگر وجود ندارد و بهتر است در توصیف آن از فعل ماضی استفاده کنیم.

نکته جالب توجه‌تر نیز اینجاست که اگرچه نور ارندل ۱۲.۹ میلیارد سال در راه بوده تا به زمین برسد، اما فاصله آن با ما اینک چیزی حدود ۲۸ میلیارد سال نوری است. دلیل آن هم این است که جهان ما ایستا و ساکن نیست و خود عالم طی این ۱۲.۹ میلیارد سال که نور ارندل در راه بوده انبساط پیدا کرده است. ارندل در آن زمان تنها چهار میلیارد سال نوری با فرم ابتدایی کهکشان راه شیری فاصله داشته، اما به دلیل همین انبساط عالم، اینک این فاصله به ۲۸ میلیارد سال نوری رسیده است. این کشف تلسکوپ فضایی هابل به زودی با شروع رصدهای تلسکوپ فضایی جیمز وب تکمیل خواهد شد و جیمز وب با در اختیار داشتن توان اپتیکی بیشتر و حساسیت فروسرخ خود می‌تواند از نور ارندل برای بررسی دقیق‌تر یا حتی تعیین ساختار عناصر آن استفاده کند.

و اما رصد دورترین کهکشانی که تا کنون کشف شده

تنها چند روز پس از انتشار خبر کشف ستاره ارندل، دانشمندان از کشف کهکشانی به نام کهکشان HD1 خبر دادند که به گفته آنها دورترین کهکشانی است که تا کنون مشاهده شده است. دانشمندان با بیش از ۱۲۰۰ ساعت کار رصدی و بهره‌گیری از داده‌های تلسکوپ‌های سوبارو، ویستا، تلسکوپ فروسرخ بریتانیا و تلسکوپ فضایی اسپیتزر، نوری با قدمت ۱۳.۵ میلیارد سال را آشکار کردند که از همسایگی زمانی دیوار به دیوار بیگ بنگ می‌آید و فقط حدود ۳۳۰ میلیون سال پس از پیدایش گیتی ایجاد شده است.

به گفته دانشمندان، HD1 دورترین کهکشانی است که تا کنون مشاهده شده است

لازم به ذکر است که پیش از این کهکشان، کهکشان GN-z11 با قدمت ۱۳.۴ میلیارد سال، دورترین کهکشان شناخته‌شده عالم محسوب می‌شد. ممکن است در نگاه اول به نظر برسد که با توجه به اینکه نور کهکشان HD1 ۱۳.۵ میلیارد سال در راه بوده تا به زمین برسد، بنابراین این کهکشان بایستی در فاصله ۱۳.۵ میلیارد سال نوری از ما واقع شده باشد. اما در واقع ماهیت فضا پیچیده‌تر از اینهاست و به دلیل خاصیتی به نام انبساط شتاب‌دار کیهان، این کهکشان اینک در فاصله حدود ۳۳.۴ میلیارد سال نوری با ما قرار دارد. این کهکشان ممکن است میزبان یک سیاهچاله عظیم باشد که البته در این صورت ماجرا برای کیهان‌شناسان کمی پیچیده‌تر می‌شود، چون وجود چنین سیاهچاله عظیمی در گیتی خیلی جوانِ سیصد میلیون ساله خیلی عجیب است و این پرسش پیش می‌آید که اساسا چنین سیاهچاله‌ای چطور می‌توانسته در چنین فرصت کوتاه چند صد میلیون ساله‌ای پس از پیدایش جهان، شکل بگیرد.

احتمال وجود سیاهچاله اگرچه منتفی نیست، اما از آنجایی که از این ناحیه کیهان پرتو ایکس گسیل نمی‌شود، این احتمال وجود دارد که اساسا همه چیز زیر سر تشکیل ستارگان فوق‌العاده غول‌پیکر و بسیار داغ باشد. به هر حال، کشف این کهکشان برای کاوش و جستجو درباره دوران نوزادی کیهان اهمیت بسیاری دارد. باید صبر کرد و دید که مشاهدات تلسکوپ فضایی جیمز وب در ماه‌های آینده در این باره چه چیزی عایدمان می‌کند.

احتمال وجود جهان پادماده با زمانی که رو به عقب می‌رود

در کنار فناوری‌های رصدی و اکتشافات عملی در نجوم و کیهان‌شناسی، پیشرفت‌های نظری در حیطه کیهان‌شناسی را نیز نباید از نظر دور داشت. در ماهی که گذشت، انتشار مقاله‌ای درAnnals of Physics نشان داد که پیشرفت و توسعه نظریه‌ها صرفا از دل پیشرفت فناوری رصدی در نمی‌آید و بلکه کیهان‌شناسان نظری می‌توانند فرضیه‌ها و نظریه‌هایی را طرح کنند که کیهان‌شناسان و فیزیک‌دانان کاربردی، به دنبال رد یا تایید پیش‌بینی‌های این فرضیه‌ها و نظریه‌ها بگردند.

مقاله مذکور که به طور کلی به بیگ بنگ، تقارن سی‌پی‌تی (CPT)، نوترینوها و ماده تاریک مربوط است، به صورت خلاصه می‌گوید این احتمال وجود دارد که عالم ما در زمان پیدایش خود، یک پادجهان داشته که قوانین فیزیک در آن وارونه عمل می‌کنند و به بیان دیگر، زمان نیز در آن رو به عقب می‌رود. اگرچه وجود این جهان معکوس فرضی، مستلزم وجود یکی از انواع نوترینوها است که در آزمایش‌های فیزیک آشکار نمی‌شوند، ولی اگر چنین جهان آینه‌ای وجود داشته باشد، با چنین فرضی می‌توان وجود "ماده تاریک" را توضیح داد.

هر چند که دسترسی به این گیتی که پیش از مِهبانگ وجود داشته ناممکن است، اما در هر صورت راه‌هایی برای تایید یا رد چنین نظریه‌ای وجود دارد که فیزیک‌دانان حیطه فیزیک ذرات یا کیهان‌شناسان آینده به آن‌ها خواهند پرداخت. به هر روی، انتشار این مطالعه نشان می‌دهد که موضوع کیهان‌شناسی پیشامهبانگ  Pre - Big Bang موضوع روز است و کیهان‌شناسان فراتر از کاوش در اعماق گیتی قابل مشاهده و آنچه برای مثال تلسکوپ فضایی جیمز وب برای ما آشکار خواهد کرد، در پی یافتن پاسخ به این پرسش‌اند که اساسا پیش از بیگ بنگ چه بوده و چه نبوده است.