هر آنچه باید در مورد دوران تاریک کیهانی بدانید!!
اولین هیدروژن، نور را از اولین ستارگان کیهان جذب کرد. در نهایت، جهان پر از ستاره‌ها و کهکشانهایی شد که این هیدروژن را دوباره یونیزه کردند و به فوتونها اجازه دادند آزادانه در همه جهات حرکت کنند.
دوران تاریک کیهانی چیست؟ (اعتبار تصویر: کتابخانه عکس علمی از طریق گتی ایماژ)
“عصر تاریک کیهانی” به دوره‌ای در جهان اولیه اشاره دارد که منابع نور در مه غلیظی از گاز هیدروژن خنثی پوشیده شده بودند. در حالی که نور اکنون می‌تواند در تمام جهات در سراسر جهان حرکت کند، جهان اولیه در هیدروژن پوشانده شده بود که نور ساطع شده از اولین ستارگان و منابع تابش را جذب می‌کرد.
برای 380000 سال اول پس از بیگ بنگ، تمام ماده و انرژی به صورت یک توپ در حال انبساط بسیار داغ و متراکم از پلاسمای یونیزه شده وجود داشت. در این مرحله، برخورد بین ذرات زیر اتمی در این سوپ پرانرژی مانع از به دست آوردن الکترون برای تشکیل اتمهای پایدار توسط ذرات شد. با این حال، هنگامی که جهان به اندازه کافی منبسط و سرد شد، ذرات زیر اتمی توانستند الکترون‌ها را برای تشکیل اتمهای هیدروژن خنثی به دست آورند و عصر تاریک کیهانی آغاز شد.
با این حال، هنگامی که ستارگان به اندازه کافی متولد شدند، نور فرابنفش آنها در نهایت تمام هیدروژن موجود در فضای بین ستاره‌ای را یونیزه کرد و به فوتونها اجازه داد آزادانه در تمام جهات در سراسر جهان حرکت کنند، بدون اینکه توسط هیدروژن خنثی جذب یا پراکنده شوند. اخترفیزیکدانان از طریق ترکیبی از شبیه سازی‌ها و مشاهدات تخمین زده‌اند که عصر تاریک کیهانی 380000 سال پس از انفجار بزرگ آغاز شده است. فرآیندهایی که تصور می‌شود عصر تاریک کیهانی را به پایان رسانده است، تقریباً 680 میلیون سال پس از بیگ بنگ آغاز شده و تقریباً 1.1 بیلیون سال پس از انفجار بزرگ به پایان رسیده است.
دوران تاریک کیهانی چقدر طول کشید؟
در حالی که به طور کلی پذیرفته شده است که عصر تاریک کیهانی 380000 سال پس از انفجار بزرگ، زمانی آغاز شد که اولین اتمهای هیدروژن خنثی شکل گرفتند، دقیقاً زمان پایان این دوره هنوز موضوع بحث است. فرآیندهای یونیزه شدن مجدد که در آن ستارگان پرجرم اولیه در کیهان، نور فرابنفش را به کیهان فرستادند، احتمالاً چندین میلیون سال طول کشید تا ستارگان بیشتری از تاریکی کیهانی بیرون آمدند. مشاهدات کهکشان‌های اولیه نشان می‌دهد که شروع یونیزاسیون تقریباً 680 میلیون سال پس از انفجار بزرگ آغاز شده است، در حالی که یونیزاسیون کامل جهان مرئی احتمالاً حدود 1.1 بیلیون سال پس از انفجار بزرگ تکمیل شده است.
عصر تاریک جهان چیست؟
عبارت “عصر تاریک جهان” به مرحله‌ای از جهان اولیه اشاره دارد که در تاریکی پوشیده شده بود. در اوایل جهان، نور فرابنفش نمی‌توانست آزادانه مسافت‌های طولانی را طی کند، زیرا توسط ابرهای متراکم اتمهای هیدروژن خنثی جذب و پراکنده می‌شد.
چه چیزی باعث شد که دوران تاریک کیهانی به پایان برسد؟
پایان دوران تاریک کیهانی یک فرآیند تدریجی بود. نواحی متراکم‌تر از گاز هیدروژن خنثی در کیهان اولیه در نهایت به‌طور گرانشی فرو ریختند و ستاره‌های پرجرم – اولین ستارگان جهان – را تشکیل دادند. این ستارگان مقادیر زیادی نور فرابنفش را به جهان مجاور فرستادند، اما تا زمانی که ستارگان و پیش کهکشانها در جهان اولیه فراوان بودند، نور فرابنفش کافی به فضا گسیل شد تا به طور کامل تمام هیدروژن خنثی موجود در فضای بین ستاره‌ای را دوباره یونیزه کند.
ظهور هیدروژن
آغاز عصر تاریک کیهانی با ظهور هیدروژن در جهان آغاز شد. بیگ بنگ داغ بود. اما زمانی که به پلاسمای متراکم پروتون‌ها، الکترون‌ها و دیگر ذرات زیراتمی به دلیل انبساط جهان فضای کافی برای خنک شدن داده شد، این الکترون‌ها و پروتون‌ها می‌توانند با هم جمع شوند و اتم‌ها را به شکل مقدار زیادی هیدروژن و کمی هلیوم تشکیل دهند.
اگرچه وفور کهکشانی هیدروژن در نهایت اولین ستارگان و کهکشانها را به وجود آورد، اما جذب این هیدروژن اولیه فرکانس‌های مختلف نور در طیف الکترومغناطیسی، جهان نوجوان را مات کرد.
با این حال، هنگامی که کوره‌های همجوشی اولین ستارگان و کهکشانها در سراسر جهان گسترده شدند، تابش فرابنفش پرانرژی به اندازه کافی – فوتونها – به فضای بین ستاره‌ای گسیل شد تا اتم های هیدروژن خنثی را از الکترون‌های آنها جدا کند. اکنون، به جای جذب شدن توسط این اتمهای هیدروژن حامل الکترون، این فوتون‌های پرانرژی آزاد شدند تا مسافت‌های زیادی را در سراسر جهان طی کنند.
اولین ستاره‌ها و کهکشانها
برداشت هنری از کهکشان‌های ستاره‌افشان در کیهان اولیه که مواد خام تشکیل ستاره توسط رشته‌هایی در شبکه کیهانی تغذیه می‌شوند. (اعتبار تصویر: Aaron M. Geller، Northwestern، CIERA + IT-RCDS)
ستاره‌شناسان تخمین می‌زنند که اولین ستارگان و کهکشانها در طول 500 میلیون سال اول تاریخ کیهانی شروع به ظهور کردند. این جمعیت‌های ستاره‌ای اولیه مسئول توزیع اولین عناصر سنگین در سراسر کیهان و آغاز فرآیند یونیزاسیون مجدد بودند که به نور اجازه می‌داد بدون مانع در فضا حرکت کند.
دوربین مادون قرمز نزدیک در تلسکوپ فضایی جیمز وب، دسترسی بی‌سابقه‌ای را برای رصد این ساختارها در کیهان اولیه برای اخترشناسان فراهم کرده است و شگفتی‌هایی را به همراه داشته است. مشاهدات این کهکشان‌های اولیه نشان می‌دهد که آنها به طور قابل توجهی درخشان‌تر از مدلهای تشکیل کهکشان پیش بینی شده بودند. یک توضیح این است که این کهکشان‌های اولیه پر از ستارگان بسیار بزرگ و بسیار داغ بودند.
نگاهی به دوران تاریک کیهانی
توانایی ما برای انجام مشاهدات کیهان در دوران تاریکی کیهانی توسط چند مانع آشکار محدود شده است. برای اولین بار، هوا تاریک بود، و منابع نور توسط ابرهای متراکم هیدروژن از آن زمان مسدود شده بودند. با این حال، ستاره‌شناسان و کیهان‌شناسان فکر می‌کنند که ممکن است روزی بتوانیم مقداری نور را از این دوره در کیهان اولیه یعنی امواج رادیویی ساطع شده از گاز هیدروژن مشاهده کنیم.
امواج رادیویی با این بزرگی را فقط از فضا می‌توان مشاهده کرد، زیرا جو زمین آنها را سد می‌کند. با این حال، روزی، یک رصدخانه مستقر در ماه می‌تواند به زمانی نگاه کند که کیهان به طور قابل توجهی متفاوت از حالت فعلی به نظر می‌رسید. ستاره‌شناسان نشان داده‌اند که یک رصدخانه رادیویی مبتنی بر ماه می‌تواند نمایی وسوسه انگیز از عصر تاریک کیهانی ارائه دهد.
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
The cosmic dark ages: Everything you need to know
By Conor Feehly
https://www.space.com/what-are-the-cosmic-dark-ages