کشف مولکولهای پیچیده در کهکشان باستانی در نزدیکی طلوع کیهانی

در اینجا، SPT0418-47 با رنگ قرمز نشان داده شده است، که نور آن توسط کهکشان پیشزمینه عدسی به رنگ آبی به صورت حلقه تابیده شده است. PAH ها حباب های نارنجی هستند. (J. Spilker/S. Doyle، NASA، ESA، CSA)
تلسکوپ فضایی جیمز وب در کهکشانی که در کیهان اولیه کمتر از 1.5 بیلیون سال پس از انفجار بزرگ قرار دارد، تشخیص شگفت انگیزی را انجام داده است.
ستارهشناسان از نوری که بیش از 12 بیلیون سال از کهکشانی به نام SPT0418-47 عبور کرد، سیگنال طیفی مولکولهای پیچیده – هیدروکربنهای آروماتیک چندحلقهای (PAHs) را کشف کردند که برخی از دانههای غبار موجود در ابرها را تشکیل میدهند. ستارگان، نور را جذب میکنند و دوباره آن را در طولموجهای مادون قرمز ساطع میکنند.
این غبار نشان دهنده سرعت بالای تشکیل ستاره است که برای کهکشانی از این دوره اولیه کیهان غیرمنتظره نیست. به گفته تیمی به سرپرستی جاستین اسپیلکر، ستاره شناس از دانشگاه تگزاس، اما غبار به طور یکنواخت توزیع نشده است، و این نشان میدهد که این شکلگیری ستاره را میتوان در مکانهای مختلف در کهکشان ترسیم کرد.
و توانایی انجام چنین رصد دقیقی از چنین کهکشانی دوردست واقعاً بسیار خطرناک است.
“در اینجا ما مشاهدات تلسکوپ فضایی جیمز وب را ارائه میدهیم که ویژگی PAH 3.3 میکرومتری را در کهکشانی شناسایی میکند که کمتر از 1.5 بیلیون سال پس از انفجار بزرگ مشاهده شده است،. این پژوهشگران مینویسند که بر تابش فروسرخ در سراسر کهکشان غالب است.
مشاهدات ما نشان میدهد که تفاوتهای انتشار از مولکولهای PAH و دانههای غبار بزرگ نتیجه پیچیدهای از فرآیندهای محلی در کهکشانهای اولیه است.
هیدروکربنهای آروماتیک چند حلقهای ممکن است فالوتین بالا به نظر برسند، اما آنها به خصوص نادر نیستند. در اینجا روی زمین، آنها به اندازه دوده رایج هستند. چون در دوده وجود دارند. آنها دستهای از ترکیبات آلی هستند که حاوی حلقهای از اتمهای کربن هستند که میتوانند در حین فشردهسازی و حرارت دادن مواد آلی تشکیل شوند. زغال سنگ حاوی PAHs است. دود، دوده و نفت خام نیز همینطور.
منشاء PAH ها نیز میتواند غیر بیولوژیکی باشد. تا آنجا که میدانیم، بیشتر PAHها در کیهان غیر بیولوژیکی هستند. و تعداد زیادی از آنها وجود دارد.
تجزیه و تحلیل قبلی نشان میدهد که حدود 15 درصد از کل کربن بین ستارگان در کهکشانهایی مانند ما به PAH متصل است. بیشتر آن به عنوان غبار در محیط بین ستاره ای بین ستاره ها شناور است و آنها یک ردیاب نسبتاً قابل اعتماد از تشکیل ستاره در نظر گرفته میشوند.
ما PAHها را در کهکشانهای دیگر شناسایی کردهایم، اما یافتن آنها در کهکشانهای بسیار دور بسیار چالش برانگیزتر است. این مولکولها نور را جذب میکنند و دوباره آن را در طول موجهای فروسرخ ساطع میکنند و تلسکوپهای فروسرخ قبلی حساسیت و پوشش بسیار محدودی داشتند. با این حال، ما اکنون JWST، قدرتمندترین تلسکوپ فضایی ساخته شده تا کنون، قویترین در طولموج های فروسرخ را داریم.
نموداری که عدسی گرانشی را نشان میدهد. (NASA، ESA و L. Calçada)
اما این به تنهایی کافی نیست. JWST مجبور شد برای انجام چنین مشاهدات دقیقی از ویژگیهای فیزیک استفاده کند: عدسی گرانشی. این یک انحنای گرانشی فضا-زمان است که در اطراف اجرام پرجرم در کیهان رخ میدهد. توپ بولینگ را تصور کنید که روی ترامپولین قرار داده شده است: پارچه ترامپولین در پاسخ به جرم تاب میخورد و کشیده میشود.
فضا-زمان کاری مشابه در اطراف اجرام پرجرم مانند کهکشانها و خوشههای کهکشانی انجام میدهد، اما یک امتیاز هم دارد. از آنجایی که فضا-زمان تاب خورده و کشیده میشود، هر نوری که از آن عبور میکند نیز تابیده، بزرگ شده و گاهی تکرار میشود. این بدان معنی است که ما میتوانیم به طور موثر از این عدسیها به عنوان نوعی ذره بین کیهانی استفاده کنیم و به قدرت تلسکوپهایمان اضافه کنیم.
بین ما و SPT0418-47 کهکشان دیگری در فاصله حدود 3 بیلیون سال نوری قرار دارد که این کهکشان عدسی را فراهم میکند. این بدان معناست که وقتی JWST مشاهداتی از کهکشان را به عنوان بخشی از برنامه علمی انتشار زودهنگام TEMPLATES انجام داد، توانست جزئیات کافی را به دست آورد که اسپیلکر و همکارانش بتوانند امضای طیفی نور ساطع شده توسط PAHها را در طول موج 3.3 میکرومتر مادون قرمز میانی نشان دهند.
این دورترین شناسایی مولکولهای معطر پیچیده تا به امروز است و اگرچه چیزهای زیادی وجود دارد که ما هنوز نمیدانیم – دلیل توزیع ناهموار PAHs در سراسر کهکشان ناشناخته است – به طور هیجانانگیزی برای مطالعات آینده در مورد تکامل کهکشانها در کیهان اولیه خوب است.
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
Complex Molecules Detected in Ancient Galaxy Near The Dawn of Time
By MICHELLE STARR 06 June 2023
https://www.sciencealert.com/complex-molecules-detected-in-ancient-galaxy-near-the-dawn-of-time