ستاره شناسان کم‌نورترین کهکشان در جهان شناخته شده را تایید کردند!!

 

 

پدیده‌ای به نام عدسی گرانشی می‌تواند به اخترشناسان کمک کند تا کهکشان‌های ضعیف و غیرقابل مشاهده را مشاهده کنند. (NASA/STScI)

 

جهانی که ما در آن زندگی می‌کنیم، جهانی شفاف است، جایی که نور ستاره‌ها و کهکشان‌ها در پس زمینه‌ای روشن و تاریک می‌درخشد.

 

اما همیشه اینطور نبود – در سال‌های اولیه، کیهان مملو از مهی از اتم‌های هیدروژن بود که نور ستارگان و کهکشان‌های اولیه را پنهان می‌کرد.

 

تصور می‌شود که نور شدید فرابنفش نسل اول ستارگان و کهکشانها در مه هیدروژنی سوخته و جهان را به آنچه امروز می‌بینیم تبدیل کرده است.

 

کیهان اولیه پر از مه بود که از اتمهای هیدروژن تشکیل شده بود تا اینکه اولین ستاره‌ها و کهکشانها آن را سوزاندند. (NASA/JPL-Caltech، CC BY)

 

در حالی که نسل‌های قبلی تلسکوپ‌ها فاقد توانایی مطالعه آن اجرام کیهانی اولیه بودند، ستاره‌شناسان اکنون از فناوری برتر تلسکوپ فضایی جیمز وب برای مطالعه ستارگان و کهکشان‌هایی استفاده می‌کنند که بلافاصله پس از انفجار بزرگ تشکیل شده‌اند

 

من اخترشناسی هستم که دورترین کهکشان‌های کیهان را با استفاده از تلسکوپهای زمینی و فضایی برتر جهان مطالعه می‌کنم.

 

تیم من با استفاده از مشاهدات جدید تلسکوپ وب و پدیده‌ای به نام عدسی گرانشی، وجود کم نورترین کهکشانی را تایید کرد که در اوایل کیهان شناخته شده است.

 

این کهکشان که JD1 نام دارد، زمانی دیده می‌شود که کیهان تنها 480 میلیون سال سن یا 4 درصد از سن کنونی خود  داشته است،

 

تاریخچه مختصری از کیهان اولیه

اولین بیلیون سال زندگی کیهان، یک دوره حیاتی در تکامل آن بود. در اولین لحظات پس از انفجار بزرگ، ماده و نور در یک “سوپ” داغ و متراکم از ذرات بنیادی به یکدیگر متصل شدند.

 

با این حال، کسری از ثانیه پس از انفجار بزرگ، جهان با سرعت بسیار زیادی منبسط شد.

 

این انبساط در نهایت به کیهان اجازه داد تا آنقدر خنک شود که نور و ماده از “سوپ” خود جدا شوند و – حدود 380000 سال بعد – اتم های هیدروژن را تشکیل دهند.

 

اتمهای هیدروژن به صورت یک مه بین کهکشانی ظاهر شدند و بدون نور ستارگان و کهکشانها، جهان تاریک بود. این دوره به عنوان دوران تاریک کیهانی شناخته می‌شود.

 

ورود اولین نسل از ستارگان و کهکشانها چند صد میلیون سال پس از انفجار بزرگ، جهان را در نور بسیار داغ UV غرق کرد که مه هیدروژن را سوزاند – یا یونیزه کرد. این فرآیند جهان شفاف، پیچیده و زیبایی را به دست آورد که امروز می‌بینیم.

 

اخترشناسانی مانند من اولین بیلیون سال کیهان را – زمانی که این مه هیدروژنی در حال سوختن بود – عصر یونیزاسیون مجدد می‌نامند.

 

برای درک کامل این دوره زمانی، ما مطالعه می‌کنیم که اولین ستاره‌ها و کهکشانها چه زمانی شکل گرفتند، خواص اصلی آنها چه بود و آیا آنها قادر به تولید نور UV کافی برای سوزاندن تمام هیدروژن بودند یا خیر.

 

جستجوی کهکشانهای کم نور در کیهان اولیه

اولین گام برای درک عصر یونیزه شدن مجدد، یافتن و تأیید فاصله تا کهکشانهایی است که اخترشناسان فکر میکنند ممکن است مسئول این فرآیند باشند.

 

از آنجایی که نور با سرعت محدودی حرکت میکند، رسیدن به تلسکوپ ما زمان می برد، بنابراین ستاره شناسان اجرام را مانند گذشته می‌بینند.

 

به عنوان مثال، نور از مرکز کهکشان ما، راه شیری، حدود 27000 سال طول می کشد تا به ما بر روی زمین برسد، بنابراین ما آن را مانند 27000 سال گذشته می بینیم. این بدان معناست که اگر بخواهیم به اولین لحظات پس از انفجار بزرگ (که جهان 13.8 بیلیون سال قدمت دارد) برگردیم، باید به دنبال اجرام در فواصل بسیار زیاد بگردیم.

 

از آنجا که کهکشانهای ساکن در این دوره زمانی بسیار دور هستند، در تلسکوپهای ما بسیار کم نور و کوچک به نظر می‌رسند و بیشتر نور خود را در مادون قرمز ساطع می‌کنند. این بدان معناست که ستاره‌شناسان برای یافتن آنها به تلسکوپهای مادون قرمز قدرتمندی مانند وب نیاز دارند.

 

قبل از وب، تقریباً تمام کهکشان‌های دوردست که توسط ستاره‌شناسان کشف شده‌اند، بسیار درخشان و بزرگ بودند، فقط به این دلیل که تلسکوپ‌های ما به اندازه کافی برای دیدن کهکشان‌های ضعیف‌تر و کوچک‌تر حساس نبودند.

 

با این حال، این جمعیت اخیر هستند که بسیار زیادتر، نماینده و احتمالاً محرک‌های اصلی فرآیند یونیزه‌سازی مجدد هستند (نه جمعیت درخشان).

 

بنابراین، این کهکشان‌های کم‌نور آن‌هایی هستند که اخترشناسان باید با جزئیات بیشتری مطالعه کنند. این مانند تلاش برای درک تکامل انسان با مطالعه کل جمعیت است نه چند فرد بسیار بلند قد. وب با اجازه دادن به ما برای دیدن کهکشانهای کم نور، دریچه جدیدی را برای مطالعه کیهان اولیه باز می‌کند.

 

یک کهکشان معمولی اولیه

JD1 یکی از این کهکشانهای کم نور «معمولی» است. این کهکشان در سال 2014 با تلسکوپ فضایی هابل به عنوان یک کهکشان دوردست مشکوک کشف شد. اما هابل توانایی یا حساسیت لازم برای تایید فاصله آن را نداشت – فقط میتوانست حدس و گمان علمی بکند.

 

کهکشان‌های کوچک و کم‌نور نزدیک گاهی اوقات ممکن است به‌عنوان کهکشان‌های دور اشتباه گرفته شوند، بنابراین اخترشناسان باید قبل از اینکه بتوانیم درباره خواص آنها ادعایی داشته باشیم، از فاصله آنها مطمئن شوند. بنابراین کهکشانهای دور تا زمانی که تایید نشوند، “نامزد” باقی می‌مانند.

 

تلسکوپ وب در نهایت توانایی تایید این موارد را دارد و JD1 یکی از اولین تاییدیه‌‌های اصلی وب در مورد نامزدی کهکشانی بسیار دور است که توسط هابل کشف شده بود. این تایید آن را به عنوان کم‌نورترین کهکشانی رتبه‌بندی می‌کند که در کیهان اولیه دیده شده است.

 

برای تایید JD1، یک تیم بین‌المللی از ستاره‌شناسان و من از طیف‌نگار نزدیک به فروسرخ وب، NIRSpec، برای بدست آوردن طیف فروسرخ کهکشان استفاده کردیم.

 

این طیف به ما این امکان را می دهد که فاصله از زمین را مشخص کنیم و سن آن، تعداد ستارگان جوان تشکیل شده و میزان غبار و عناصر سنگینی که تولید می کند را تعیین کنیم.

 

آسمانی پر از کهکشان و چند ستاره. JD1 که در یک جعبه بزرگنمایی شده به تصویر کشیده شده است، کم نورترین کهکشانی است که تاکنون در کیهان اولیه یافت شده است. (Guido Roberts-Borsani/UCLA؛ تصاویر اصلی: NASA, ESA, CSA, Swinburne University of Technology, University of Pittsburgh, STScI)

 

عدسی گرانشی، ذره بین طبیعت

حتی برای وب، یافتن JD1 بدون کمک طبیعت غیرممکن است. JD1 در پشت خوشه بزرگی از کهکشانهای نزدیک به نام آبل 2744 قرار دارد که قدرت گرانشی ترکیبی آن خم می شود و نور JD1 را تقویت می‌کند.

 

 

این اثر که به عنوان عدسی گرانشی شناخته می‌شود، باعث می‌شود JD1 بزرگتر و 13 برابر روشنتر از آنچه به نظر برسد که معمولاً ظاهر می‌شود.

 

 

بدون عدسی گرانشی، ستاره شناسان JD1 را حتی با وب هم نمی‌دیدند.

 

ترکیبی از بزرگنمایی گرانشی JD1 و تصاویر جدید از یکی دیگر از ابزارهای مادون قرمز نزدیک وب، NIRCam، این امکان را برای تیم ما فراهم کرد تا ساختار کهکشان را با جزئیات و وضوح بی‌سابقه بررسی کند.

 

این نه تنها به این معنی است که ما به عنوان ستاره‌شناس می‌توانیم نواحی داخلی کهکشانهای اولیه را مطالعه کنیم، بلکه به این معنی است که می‌توانیم تعیین کنیم که آیا چنین کهکشانهای اولیه منابع کوچک، فشرده و منزوی بوده‌اند یا در حال ادغام و تعامل با کهکشانهای نزدیک هستند.

 

با مطالعه این کهکشانها، ما در حال ردیابی به بلوکهای سازنده‌ای هستیم که کیهان را شکل داده و خانه کیهانی ما را به وجود آورده است.

 

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Astronomers Confirm The Faintest Galaxy in The Known Universe

By GUIDO ROBERTS-BORSANI, THE CONVERSATION 09 August 2023

https://www.sciencealert.com/astronomers-confirm-the-faintest-galaxy-in-the-known-universe