اعجاب انگیزترین دستاورد جدید جیمز وب!

پریسا عباسی- جهان تازه متولد شده، هیچ شباهتی به کیهانی که ما امروز می‌بینم نداشت. این کیهان در ابتدا تاریک بود:هیچ ستاره و کهکشانی نبود، درست شبیه یک سوپ سبزیجات که در حال جوشیدن است. اما صدها میلیون سال بعد از بیگ بنگ،اولین کهکشان‌ها شکل گرفتند،(که البته چگونگی این انفجار هنوز برای ما همانند یک راز است)، و بدین‌ترتیب یک سلسله تکاملی آغاز شد و کیهان پر شد از کهکشان‌های گوناگون، از جمله کهکشان راه شیری خودمان!

اکنون، اختر شناسانی که به گذشته‌های بسیار دور می‌نگرند، کهکشان‌های اولیه‌ای را یافته‌اند که ممکن است زودتر به وجود آمده و سریع‌تر از آنچه پیش‌بینی می‌شود رشد کرده باشند.

نوری که از برخی از این کهکشان‌ها به آینه‌های طلایی تلسکوپ فضایی جیمز وب رسیده، تقریبا مربوط به ۱۳.۴ میلیارد سال قبل است. با وجودی‌که حدودا ۶ ماه است این تلسکوپ فضایی به کار افتاده، اما در حال رمزگشایی و پرده‌برداری از روزهای اولیه تاریخ کهکشانی است. تاکنون جیمز وب حداقل دو کهکشان را مشاهده کرده که دورتر از هر چیزی است که در گذشته مشاهده شده بود. کهکشان های دیگری نیز دیده شده‌اند که منتظر تایید آنها هستیم.

جین ریگبی، دانشمند پروژه عملیات تلسکوپ جیمز وب در نشست زمستانی انجمن نجوم آمریکا(ASS) در سیاتل گفت:«اکنون می‌توانیم ببینیم زمانی که کیهان تنها ۳۰۰ تا ۴۰۰ میلیون سال سن داشته، چگونه بوده است.»

اکنون چندین تیم برای مشاهده تاریکی اولیه‌، یعنی جایی که کهکشان‌های کهن قرار دارند، از تلسکوپ جیمز وب استفاده می‌کنند تا بتوانند نگرش جدیدی در مورد داستان خلقت جهان آشکار کنند. این داستان در حدود ۱۳.۷ میلیارد سال پیش با یک انفجار آغاز شد و ستاره‌ها، سیارات و مردمی که امروز وجود دارند، حاصل میلیاردها میلیارد سال تکامل کیهانی هستند. اما ریشه تمام این تکامل‌ها در دوران کودکی کیهانی ساخته شده و این موضوع اکنون برای ما در پرده‌ای از ابهام قرار دارد. تلسکوپ فضایی جیمز وب با چشمان مادون قرمز بی اندازه حساس خود، در حال پرده‌برداری از این اسرار است.

اختر شناسان از این موفقیت‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب بسیار هیجان زده شده‌اند و مشتاق‌ هستند بدانند که اکتشافات این تلسکوپ تا چه زمانی می‌تواند در زمان به عقب برود. کهکشان‌هایی که در نزدیکی آغاز زمان می‌درخشند، اسرار جدیدی را برای‌مان آشکار می‌کنند.

جان ماتر، که درناسا کار می‌کند و دانشمند ارشد پروژه تلسکوپ جیمز وب است در جلسه ASSسیاتل گفت:«تعداد بسیار زیادی از کهکشان‌ها وجود دارند که بسیار بزرگ، روشن، داغ، بالغ و بسیار قدیمی هستند.»

نگریستن به فضا و زمان

تلسکوپ‌هایی نظیر جیمز وب، چیزی شبیه به ماشین‌های زمان هستند. زمانی که آنها به مسافت‌های بسیار دور خیره می‌شوند، گویی به گذشته خیره شده‌اند. نوری که ما دریافت می‌کنیم درست همانند درخششی است که میلیون‌ها یا میلیاردها سال پیش، برای اولین بار ساطع شده‌اند.

وقتی نور در کیهان در حال گسترش، سفر می‌کند، به طول‌موج‌های طولانی‌تر و قرمزتر گسترش پیدا می‌کند. ستاره‌شناسان می‌توانند وسعت این کشش، که به آن انتقال به تابش قرمز(redshift) می گویند را اندازه‌گیری کنند. این انتقال به تابش قرمز می‌تواند فاصله یک جسم را محاسبه کند که هر چقدر این میزان بالاتر باشد، به این معناست که جسم در مسافت دورتری قرار دارد.

مطالعه اجرام کیهانی با انتقال به تابش قرمز بالا، یکی از اولویت‌های اول تلسکوپ جیمز وب است. جیمز وب که در فاصله یک میلیون و ششصد کیلومتری از زمین قرار دارد، داخل اشعه مادون قرمز را می‌بیند و این خصوصیت آن را به ابزاری ایده‌آل برای تشخیص طول‌موج‌های طولانی‌تر و قرمزتر نور تبدیل می‌کند. ستاره‌شناسان با دیدن کهکشان‌های جدید توسط تلسکوپ جیمز وب، باید در مورد نظریاتشان در مورد انتقال به تابش قرمز یا « high-z» بازنگری کنند.

گایدو رابرتز-بورسانی، از دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس در ایمیلی نوشت:«تلسکوپ جیمز وب تعریف ما از high-z را به طور کامل تغییر داده است. او می‌گوید: در سال ۲۰۱۵ میزان انتقال به تابش قرمز در دورترین کهکشان‌های شناخته شده، ۸ یا ۹ بودند. اما تلسکوپ فضایی هابل کهکشانی با نام GN-z11 را شناسایی کرد که انتقال به تابش قرمز آن در حدود ۱۱ بود و تاریخ تشکیل اولین کهکشان را در زمان، عقب‌تر برد.

رابرتز بورسانی می‌گوید:«اکنون تلسکوپ جیمز وب این مرزها را جابجا کرده و مقادیر انتقال به تابش قرمز به ۱۲ یا ۱۳ تغییر یافته است. که این اعداد برابر با ۱۳.۳ یا ۱۳.۴ میلیارد سال خواهد بود.»

در جستجوی سرخی

دهه‌ها است که ستاره‌شناسان برای یافتن کهکشانی با بالاترین انتقال به تابش قرمز با تلسکوپ فضایی هابل و اکنون با تلسکوپ جیمز وب با هم به شدت رقابت می‌کنند. اما الان اوضاع تغییر کرده است. زمانی که «اما کورتیس لیک»، اخترفیزیکدان دانشگاه هرتفوردشایر انگلستان، در یک نشست علمی در ماه دسامبر در موسسه علمی تلسکوپ فضایی در بالتیمور، رکورد جدیدی را در ثبت کهکشان اعلام کرد، تمام ستاره‌شناسانی که در آنجا بودند، از خوشحالی نفس‌شان بند آمده بود.

کورتیس لیک در گفتگو با نشنال جئوگرافیک بیان کرد : «ما به دوره و جایگاهی کاملا جدید رسیده‌ایم. زیرا این اولین باری است که تایید شده ما چیزی دورتر از آنچه هابل دیده بود، مشاهده کرده‌ایم و این تازه شروع کار است.»

در طول تابستان، JADES قسمتی از آسمان جنوبی که بخشی از میدان فوق‌العاده عمیق بررسی شده توسط هابل بود، را برای یافتن کهکشان‌های اولیه بررسی کرد. در یک همکاری که بین شکارچیان کهکشان انجام شد، ابتدا صد هزار کهکشانی که تصویر آنها در نزدیکی دوربین مادون قرمز تلسکوپ جیمز وب ثبت شده بود، بررسی و غربال شدند. این ابزار می‌تواند انتقال به تابش قرمز تخمینی بر اساس نور کهکشان که از طریق فیلترهای مختلف دیده می‌شود را اندازه گیری کند. آنها سپس از ابزار دیگری با نام طیف‌سنج مادون قرمز که نزدیک تلسکوپ جیمز وب بود استفاده کردند و آن را به سمت جالبترین اهداف نشانه گرفتند.

این طیف‌سنج می‌تواند بر اساس ویژگی گسست‌های طیف نوری که از کهکشان می‌آید، انتقال به تابش قرمز آن را مشخص کرده و در نتیجه سن و فاصله آن کهکشان از ما را نشان دهد. برانت رابرتسون، عضو تیم JADES از دانشگاه کالیفرنیا، سانتاکروز، می‌گوید: این اندازه‌گیری‌های طیف‌سنجی بسیار دقیق هستند، و به همین دلیل است که ستاره‌شناسان آنها را به بعنوان تاییدی بر انتقال به تابش قرمز می‌دانند.

کرتیس لیک، رابرتسون و همکارانشان فاصله چهار کهکشانی که در دوران اولیه کیهان یعنی زمانی که کیهان فقط در حدود ۳۰۰ یا ۴۰۰ میلیون سال قدمت داشته، و آنها وجود داشته‌اند را تایید کردند. دو تای آنها بسیار دور هستند، و توسط هابل بررسی شده‌ بودند. دو کهکشان دیگر آنقدر دور هستند که هابل نمی‌تواند با انتقال به تابش قرمز ۱۲.۶ و ۱۳.۲ آنها را ببیند. این کهکشان‌ها عمدتا از عناصر سبک‌تری مانند هیدروژن و هلیوم ساخته شده‌اند، زیرا اینها اساسا قبل از تشکیل عناصر سنگین بوجود آمده‌اند. به گفته کورتیس لیک:«آنها در واقع مانند کودکانی نوپا در جهانی هستند که هنوزراه‌اندازی نشده است.»

خانواده‌ای از کهکشان‌های اولیه

اخترشناسان در حال کار بر روی یکی دیگر از بررسی‌های کهکشان‌های اولیه هستند، گروه«برنامه علوم انتشار زودهنگام تکامل کیهانی»(CEERS) در طول نشست AAS تایید کردند که کهکشان‌های بیشتری وجود دارند که انتقال به تابش قرمز آنها بین ۸ تا ۹ است. اولین تصویر ارائه شده توسط CEERS شامل ۶۹۰ فریم از جزئیات تکه تکه آسمان در نزدیکی crook در دسته دب اکبر را نشان می‌داد ، و این بزرگترین تصویر از بررسی کهکشان توسط تلسکوپ جیمز وب است که تاکنون منتشر شده است.

استیو فینکلشتاین از دانشگاه تگزاس-آستین به اخترشناسان بالتیمور هشدار داد که:«شما زمان زیادی را صرف زوم کردن بر روی این تصاویر خواهید کرد. در حالی‌که می‌توانید کارهای جالب‌تر زیادی انجام دهید.»

اگرچه هیچ کدام از کهکشان‌های تایید شده توسط CEERS به اندازه چهار کهکشانی که توسط JADES دیده شده‌اند دور نیستند، اما ستاره‌شناسان هنوز در حال بررسی یک کهکشان تایید نشده دیگر هستند که می‌تواند بسیار دور باشد. تخمین زده می‌شود که این کهکشان در انتقال به تابش قرمز ۱۶ قرار داشته باشد، و این بدان معناست که می‌تواند بسیار دور و جوان باشد. آنها همچنین توانستند کهکشانی به شکل یک گوجه فرنگی را در انتقال به تابش قرمز ۱۲ پیدا کنند و این کهکشان را به افتخار دختر فینکلشتاین، Maisie نامیده‌اند.

او در جلسه بالتیمور توضیح داد:«این کهکشان یک کاندیدای واقعا معتبر بود و ارزش نوشتن یک مقاله در روز تولد دخترم را داشت، بنابراین تصمیم گرفتم نام Maisie را بر این کهکشان بگذارم.»

هر دو این کهکشان‌ها در انتظار تایید طیف‌سنجی هستند و در این فاصله، تیم‌های دیگر مشغول بررسی و شناسایی دیگر کاندیداهای انتقال به تابش قرمز بالا در بین سایر تصاویر اولیه تلسکوپ جیمز وب هستند. یکی از این تیم‌ها به سرپرستی هائوجینگ یان از دانشگاه میسوری می‌گوید که توانسته‌اند ۸۷ کهکشان که انتقال به تابش قرمز آنها بین ۱۱ تا ۲۰ است را مشاهده کنند. و این کهکشان‌ها در انتظار تایید هستند.

یان در طول جلسه AAS به خبرنگاران گفت:«من شرط می‌بندم که میزان موفقیت قطعا بالاتر از ۵۰٪ خواهد بود.»

یان می‌گوید:« اگر معلوم شود که حتی بخش کوچکی از کهکشان‌های کاندید شده به همان اندازه‌ای که تخمین زده می‌شود دور باشند، تصویر مورد علاقه ما از شکل‌گیری کهکشان‌ها در کیهان اولیه باید بازنگری شوند.»

آزمایش قوانین طبیعت

در نگاه اول به نظر می‌رسید که جهان هستی اولیه در تشکیل ستارگان و کهکشان‌ها، بسیار شگفت‌انگیز تر از پیش‌بینی دانشمندان باشد.

رابرتز بورسانی می‌نویسد:«کهکشان‌هایی که اکنون آنها را بوسیله انتقال به تابش قرمز پیدا می‌کنیم، بسیار بیشتر از انتظاراتمان بر اساس مشاهدات قبلی هستند و همچنین بسیار درخشان‌تر از چیزی هستند که در انتقال به تابش قرمز انتظارش را داشتیم. برای تطبیق این عکس‌ها با آنچه قبلا انتظار داشتیم، باید بگوییم که کهکشان‌ها باید بسیار زودتر و با سرعت بیشتری از آنچه ما فکر می‌کردیم شکل گرفته باشند.»

رابرتز بورسانی یکی از اعضاء همکار در GLASS-JWST است و همچنین به دنبال کهکشان‌هایی با انتقال به تابش قرمز بالا است و برای فهمیدن تکامل کیهانی روی آنها مطالعه می‌کند. همکاری GLASS برای بررسی بخشی از آسمان که پشت خوشه‌ای از کهشکشان‌های عظیم قرار دارد است. این تیم قبلا تعداد انگشت‌شماری از کهکشان‌های ظاهرا اولیه‌ را کشف کرده است که تعداد آنها بیشتر از آن‌چیزی است که شبیه‌سازی‌ها پیش‌بینی کرده بودند. رابرتز در بالتیمور به ستاره‌شناسان گفت:«در آنجا چیزی وجود دارد که کمی عجیب است.»

او می گوید: اما راه‌هایی وجود دارد که بتوان بدون نقض قوانین کنونی جهان هستی این فراوانی بیش از حد را توضیح داد. تلسکوپ‌های مانند جیمز وب، در یک زمان فقط می‌توانند مناطق کوچکی از آسمان را عکس بگیرند. بنابراین ممکن است تیم‌ها به طور اتفاقی بخش‌هایی از آسمان را بررسی کنند که به طور غیرعادی پر از کهکشان است. امکان دیگر این است که این کهکشان‌های اولیه بسیار درخشان‌تر از آن چیزی است که ما انتظار داشتیم، و علت آن شاید این باشد که شکل‌گیری آن متفاوت از آن چیزی است که قبلا تصور می‌شد. توضیح سوم اینکه به دلیل توانایی‌های محدود هابل در رصد کردن، تخمین‌هایی که بر اساس مشاهدات آن بوده ناقص هستند و شاید به دلایلی که هنوز توضیح داده نشده‌اند، کیهان اولیه بیشتر از پیش‌بینی‌ها در ایجاد نور موثر بوده است.

فینکلشتاین می‌گوید: پاسخ به این سوالات را می‌تواند در مطالعات آینده یافت. در حال حاضر تلسکوپ جیمز وب به ستاره‌شناسان نشان داده که کهکشان اولیه بسیار پر ستاره تر از آن چیزی بوده که ما فکر می‌کردیم!

منبع: nationalgeographic