رصد نفس کیهانی در اعماق تاریخ کیهان

تلسکوپ فضایی پرتو ایکس چاندرا ناسا، لایه‌ای ضخیم از گاز فوق‌داغ با دمای 20 میلیون کلوین را در پیرامون یکی از قدیمی‌ترین سیاه‌چاله‌های جهان رصد کرده است. این ساختار گازی که در محافل علمی به «نفس کیهانی» معروف شده، متعلق به کوازار MQN01 است و دقیقاً مربوط به 2.1 میلیارد سال پس از انفجار بزرگ (بیگ بنگ) می‌باشد. یافته‌های جدید، نقشه راهی شفاف از چگونگی شکل‌گیری جو خوشه‌های کهکشانی را پیش روی اخترشناسان قرار داده است.

تصویر شماتیک از گازهای فوق‌داغ اطراف کوازار MQN01

این کوازار که در مرکز یک خوشه کهکشانی در حال تولد قرار دارد، دودکش‌های گازی خود را تا شعاع 100,000 سال نوری در فضا گسترانده است. این حباب‌های گازی، پیش‌زمینه‌ی مستقیم محیط میان‌خوشه‌ای (ICM) هستند که امروز اتمسفرِ خوشه‌های کهکشانی پیرامون ما را تشکیل می‌دهند. پژوهش حاضر برای نخستین‌بار لحظه دقیق تولد این جوهای کهکشانی را در تاریخ کیهانی آشکار می‌کند.

عبور از مرزهای رصد پرتو ایکس

شناسایی چنین ساختار گرمازیی نیازمند 180 ساعت رصد مداوم بوده است. تا پیش از این دستاورد، آشکارسازی‌های دقیق پرتو ایکس صرفاً در کهکشانی‌های رادیویی‌پرصدا امکان‌پذیر بود. در آن کهکشان‌ها، جت‌های پلاسما که با سرعت‌هایی نزدیک به نور از پیرامون سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم منفجر می‌شوند، نویز زیادی ایجاد می‌کنند. اما کوازار MQN01 یک منبع رادیویی‌کم‌صداست. این ویژگی به پژوهشگران اجازه داد تا بدون دکلینه شدن سیگنال توسط جت‌های ذرات، تنها نفس موتور کیهانی را با خالص‌ترین شکل ممکن ثبت کنند.

سباستیانو کانتالوپو، محقق دانشگاه میلان-بیکوکا و یکی از اعضای تیم پژوهشی، تأکید می‌کند که چگالی و فشار این گازهای رصدشده، بین یک تا دو مرتبه بزرگی بالاتر از محیط‌های امروزی در عالم نزدیک به ما است. برای استخراج این داده‌ها از درخشندگی خیره‌کننده‌ی مناطق مرکزی سیاه‌چاله، تیم تحقیقاتی از تکنیک‌های تحلیل کهکشان‌های سیفرت استفاده کرد. آندیا تراواسچیو، رهبر این تیم، اعتراف می‌کند که در ابتدا شدیدا‌ً نسبت به این داده‌ها بدبین بوده‌اند. آن‌ها تمامی سناریوهای جایگزین از جمله پدیده‌های مصنوعی یا آلودگی‌های ابزاری را زیر ذره‌بین بردند، اما هیچ‌کدام با داده‌های فیزیک همخوانی نداشت. تنها مدل حرارتی می‌توانست این پدیده را با قوانین فیزیک کیهانی ست کند.

رصد خالص پرتو ایکس از کوازار رادیویی‌کم‌صدا

آینده‌ی کاوش ساختارهای کهکشانی

اکنون تیم تراواسچیو وارد فاز تحلیل گسترده‌تری شده است. آن‌ها در حال بررسی آرشیو داده‌های صدها کوازار دیگر هستند تا دریابند آیا این فاز حرارتی، یک الگوی رایج در تولد پروتو-خوشه‌هاست یا MQN01 یک استثنا در تاریخ کیهان محسوب می‌شود. موفقیت در این مسیر، می‌تواند پارادایم‌های فعلی ما را درباره‌ی پیدایش ساختارهای کلان کیهانی بازتعریف کند.

  • گازهای سرد به سمت پتانسیل گرانشی هاله‌های عظیم سقوط می‌کنند.
  • شوک‌های گرانشی دمای گاز را به 20 میلیون کلوین می‌رسانند.
  • این فرآیند، پیش‌نیاز مستقیم شکل‌گیری جو خوشه‌های کهکشانی مدرن است.

سرنوشت خوشه‌های کهکشانی در گذر زمان

چندین دهه از مأموریت تلسکوپ چاندرا می‌گذرد، اما این پرنده‌ی خیره‌کننده فضایی همچنان با وجود محدودیت‌های فنیِ مراحل پایانی عمر خود، توانایی کشف پدیده‌های بنیادین را از دست نداده است. هر قطعه اطلاعات جدید از پیچیدگی‌های محیط پیرامون کهکشانی، به ما نزدیک‌تر می‌شود تا بفهمیم جهان اولیه چگونه به شبکه‌ی عظیم ساختاری که امروز می‌بینیم، تبدیل شده است. کاوش ادامه دارد و پرسش‌های کلان کیهان‌شناسی تنها در آستانه‌ی پاسخ‌های عملی قرار دارند.