تلسکوپ وب رکوردهای فاصله را میشکند و اخترشناسان را به چالش می‌کشد!!

کهکشانهای دور در تصاویر وب نشان می‌دهد که ما باید در مورد تکامل ستاره‌ها و کهکشانها در کیهان اولیه تجدیدنظر کنیم.

اولین تصویر وب که در روز دوشنبه 11 جولای فاش شد، هزاران کهکشان را در یک تکه کوچک از آسمان نشان می‌دهد. بسیاری از کهکشانها بخشی از یک خوشه عظیم به نام SMACS 0723 هستند، اما این تصویر کهکشانهای بسیار دورتر را نیز نشان می‌دهد. حجم سنگین کهکشانها و ماده تاریک اطراف آنها به کهکشانهای پس زمینه لنز می‌اندازد، شکل آنها را مخدوش میکند، اما همچنین آنها را بزرگ میکند و دیدن آنها را آسانتر می‌کند.

ناسا / ESA / CSA / STScI

به نظر می‌رسد اولین نتایج تلسکوپ فضایی جیمز وب نشان می‌دهد که کهکشانهای پرجرم و درخشان در 250 میلیون سال اول پس از انفجار بزرگ شکل گرفته‌اند. اگر این موضوع تایید شود، تفکر کیهانی کنونی را به طور جدی به چالش خواهد کشید. با این حال، در حال حاضر، این هنوز یک «اگر» بزرگ است.

مدت کوتاهی پس از انتشار اولین دسته از داده‌های علمی وب توسط ناسا، سرور پیش‌چاپ نجومی arXiv مملو از مقالاتی شد که ادعا می‌کردند کهکشان‌هایی را شناسایی کرده‌اند که آنقدر دور هستند که حدود 13.5 بیلیون سال طول کشید تا به ما برسد. به نظر می‌رسد که بسیاری از اینها از مدل استاندارد کیهان‌شناسی حجیم‌تر هستند که ترکیب و تکامل جهان را توصیف می‌کند.

ریچارد الیس کیهان‌شناس (دانشگاه کالج لندن) می‌گوید: «این که این هیولاها را در چند عکس اول پیدا می‌کنیم، کمی مرا نگران می‌کند».

شکار کهکشان‌های دور

تصویر میدان عمیق JWST که کهکشانهای زیادی را نشان می‌دهد این تصویر بخشی از یک تصویر بزرگتر است که با دوربین مادون قرمز نزدیک (NIRCam) در تلسکوپ فضایی جیمز وب گرفته شده است. این از تکه‌ای از آسمان نزدیک دسته آبگردان دب‌اکبر است. این یکی از اولین تصاویری است که توسط تحقیقات علمی انتشار زودهنگام تکامل کیهانی (CEERS) به دست آمده است. کهکشانهای دور در بسیاری از تصاویر JWST نشان داده می‌شوند، اما CEERS یکی از بررسی‌هایی است که به طور خاص برای کمک به یافتن آنها تنظیم شده است.

ناسا / STScI / CEERS / TACC / S. Finkelstein / M. Bagley / Z. Levay

ستارگان جوان و پرجرم در کهکشانهای تازه متولد شده، مقادیر زیادی تابش پرانرژی فرابنفش ساطع می‌کنند. همانطور که این نور برای بیلیونها سال در فضای در حال گسترش حرکت می‌کند، طول موج‌ها تا انتها به سمت مادون قرمز کشیده می‌شوند – تابشی که ابزارهای وب به آن حساس هستند.

اندازه‌گیری‌های طیف‌سنجی دقیقی – چه توسط طیف‌سنج‌های وب یا توسط رصدخانه زمینی ALMA که در طول موج‌های طولانی‌تر نیز کار می‌کند – برای تعیین دقیق انتقال به سرخ نیاز دارد، که به شما می‌گوید چقدر در فضا – و بنابراین چقدر در زمان – شما هستید. به دنبال اما یک راه حل سریع (البته کمتر قابل اعتماد) وجود دارد که یک ایده تقریبی ارائه می‌دهد.

اتمهای هیدروژن خنثی در فضای بین کهکشانی، تابش فرابنفش را در طول‌موج‌های کوتاه‌تر از 91.2 نانومتر جذب می‌کنند. برای اجرام دوردست، این آستانه همچنین به طول موج‌های طولانی‌تر به سمت مادون قرمز برای دورترین کهکشانها تغییر می‌کند. از آنجایی که دوربین نزدیک به مادون قرمز NIRCam وب اندازه‌گیری‌ها را از طریق تعداد زیادی فیلتر انجام می‌دهد که هر کدام باند طول موج متفاوتی را پوشش می‌دهند، یک کهکشان ممکن است در برخی کانال‌ها قابل مشاهده باشد اما در برخی دیگر قابل مشاهده نباشد. نوار طول موجی که کهکشان در آن ناپدید می‌شود تقریباً نشان‌دهنده انتقال به قرمز آن و زمان مربوط به بازگشت به عقب است.

کهکشان دور در فیلترهای طول موج مختلف دیده می‌شود این تصاویر تمبر پستی که توسط دوربین مادون قرمز نزدیک JWST گرفته شده است کهکشان CEERS-93316 را در شش فیلتر مختلف نشان می‌دهد: F115W، F150W، F200W، F277W، F356W و F444W.

دانان و همکاران 2022

تنها شش روز پس از در دسترس قرار گرفتن اولین داده‌های علمی وب، در 19 جولای، دو تیم مستقل از ستاره‌شناسان تجزیه و تحلیل خود را بر اساس این تکنیک ارائه کردند. هر دو گروه، یکی به رهبری روهان نایدو (مرکز اخترفیزیک، هاروارد و اسمیتسونیان) و دیگری توسط مارکو کاستلانو (رصدخانه رم، ایتالیا)، دو کاندیدای نسبتا درخشان کهکشان را در انتقال به قرمز حدود 11 و 13 پیدا کردند که در یک جهان در کره زمین زندگی می‌کنند. به ترتیب 400 و 325 میلیون سال قدمت دارند.

در روزهای بعد، دو تیم مستقل دیگر، به رهبری کالوم دانان (دانشگاه ادینبورگ) و یویچی هاریکان (دانشگاه توکیو)، کشف وسوسه انگیزی از یک کهکشان غیرمنتظره پرجرم را در انتقال به سرخ 17 اعلام کردند. این مربوط به نگاه به گذشته تنها 225 میلیون سال پس از انفجار بزرگ است.

در مطالعه دیگری، هائوجینگ یان (دانشگاه میسوری) و همکارانش حتی ادعا کردند که برخی از کهکشانهای کاندید آنها ممکن است به یک انتقال قرمز ۲۰ (۱۸۰ میلیون سال پس از انفجار بزرگ) برسند.

الیس می‌گوید: «قابل درک است که تیمهای جوان برای نشان دادن نتایج خود در حال رقابت هستند. به گفته ستاره‌شناس فراکهکشانی ماریسکا کریک (رصدخانه لیدن)، برخی از این گروهها ممکن است قسمتهای بزرگی از مقاله خود را از قبل نوشته باشند، بنابراین آنها فقط باید چند عدد و جزئیات دیگر را پر می‌کردند

قبل از اینکه جامعه این ادعاها را بپذیرد، انتقال‌ به قرمز گزارش‌شده باید به‌صورت طیف‌سنجی تأیید شوند. مارک مک‌کاگرین، مشاور ارشد علمی آژانس فضایی اروپا (یک شریک اصلی وب) در توییتر اظهار داشت: «مطمئنم که برخی از آنها [تأیید خواهند شد]، اما به همان اندازه مطمئن هستم که همه آنها تأیید نخواهند شد […]».

الیس می‌گوید: «ارائه مقاله در arXiv یک چیز است، اما تبدیل آن به یک مقاله ماندگار در یک مجله معتبر چیز دیگری است.»

تاکنون ستاره‌شناسان نامزدهای کهکشانی دوردست را در چهار ناحیه از آسمان یافته‌اند. برخی در محل SMACS 0723-73، خوشه کهکشانی در صورت فلکی جنوبی Volans (ماهی پرنده) جست‌ و جو کردند که در اولین تصویر وب منتشر شده به نمایش گذاشته شده است. دیگران در مورد دو بررسی در حال انجام، به ترتیب در Sculptor و Boötes، Grism-Lens-Amplified Survey from Space (GLASS) و Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) را بررسی کردند. علاوه بر این، سه نامزد در تصویری کشف شدند که زودتر منتشر شد: یکی از پنج‌گانه استفان، یک گروه فشرده از کهکشان‌ها در پگاسوس.

پیگیری تمام یافته‌های جدید سخت است، تا حدی به این دلیل که هر تیم از طرح شماره‌گذاری خود استفاده می‌کند. برای مثال، کاندیدای کهکشان در انتقال به قرمز 17 با نام‌های مختلف ID93316، CEERS-1749 و CR2-z17-1 شناخته می‌شود. نایدو و همکارانش به دلیل ماهیت بلاتکلیف آن، حتی آن را کهکشان شرودینگر نامیده‌اند – به جای اینکه یک کهکشان اولیه باشد، در عوض می‌تواند یک کهکشان بسیار غبارآلود در یک انتقال به قرمز 5 باشد که مربوط به زمان نگاه به عقب «فقط» 12.6 بیلیون سال است.

کریک می‌گوید: «اما سرگرم کننده است. سرعت سریع علم وب همه را سرپا نگه می‌دارد. الیس می افزاید: «هر روز یک ماجراجویی کوچک است.

کهکشان‌های اولیه در مورد جهان چه می‌گویند!!

در بسیاری از مقالاتی که تا کنون پست شده اند، نویسندگان بیان می‌کنند که نتایج آنها، در صورت تایید، ممکن است مدل استاندارد کیهان شناسی را به چالش بکشد. بر اساس این مدل که به عنوان ماده تاریک سرد لامبدا (ΛCDM) شناخته می‌شود، تکامل جهان توسط انرژی تاریک (که با حرف یونانی لامبدا، Λ مشخص می‌شود) و ماده تاریک سرد به همان اندازه مرموز (CDM) اداره می شود که تقریباً 85٪ از همه چیز را تشکیل می‌دهد.

بر اساس ΛCDM، اولین کهکشان‌ها می‌توانند تنها 200 میلیون سال پس از انفجار بزرگ ظاهر شوند، اما آن‌ها ضعیف و ضعیف هستند و شبیه کهکشان‌های کوتوله کوچک هستند. در عوض، برخی از کهکشان‌های نامزد دوردست در داده‌های وب به نظر می‌رسد که حدود 1 درصد از جرم کهکشان راه شیری ما را شامل می‌شوند که در آن دوره اولیه بسیار زیاد است.

ایوو لابه (دانشگاه فناوری سوئینبرن، استرالیا) و همکارانش حتی یک کاندید را در یک انتقال به قرمز 10 (500 میلیون سال پس از انفجار بزرگ) پیدا کردند که در حال حاضر از نظر جرم با کهکشان خانگی ما قابل مقایسه است. طبق مطالعه اخیر مایکل بویلان کولچین (دانشگاه تگزاس، آستین)، ΛCDM حداکثر یکی از این کهکشانهای پرجرم را در یک منطقه بررسی پیش بینی می‌کند که 1000 برابر بزرگتر است.

اما نظریه پرداز دیوید اسپرگل (دانشگاه پرینستون) هنوز نگران نشده است. او می‌گوید: «من فکر می‌کنم که باید در مورد این اظهارات محتاط باشیم. همانطور که اسپرگل توضیح می دهد، تخمین‌ها برای جرم یک کهکشان دور بر اساس درخشندگی مشاهده شده آن در طول موج های مختلف است (که اتفاقاً ممکن است تحت تأثیر کالیبراسیون ابزار در حال انجام باشد). اما تخمین‌ها همچنین فرض می‌کنند که تعداد نسبی ستارگان کم جرم و پر جرم مانند کهکشان راه شیری است. با این حال، فشارها و دماهای بالاتر در کیهان اولیه ممکن است تشکیل ستارگان کم جرم را در آن زمان سرکوب کرده باشد.

اسپرگل می‌گوید: «در انتقال قرمز کم، بیشتر جرم در ستارگان کم جرم است. “این ممکن است در انتقال قرمز بالا درست نباشد. من گمان می‌کنم که ما در حال یادگیری این موضوع هستیم که شکل گیری ستاره‌های با جرم بالا در کیهان اولیه بسیار کارآمد بوده است». باز هم، حکم نهایی باید منتظر مشاهدات پیگیری طیف‌سنجی دقیق باشد. به گفته کریک، اخترشناسان برای رصد زمان در وب برای مرتب کردن همه چیز رقابت خواهند کرد.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

WEBB TELESCOPE SHATTERS DISTANCE RECORDS, CHALLENGES ASTRONOMERS

BY: GOVERT SCHILLING AUGUST 10, 2022

https://skyandtelescope.org/astronomy-news/webb-telescope-shatters-distance-records-challenges-astronomers/