تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) برای کاوش در اعماق گذشته کیهان طراحی شد، اما یافتههای آن اخترشناسان را به کلی وادار به بازاندیشی مدلهای کیهانشناسی کرده است. این رصدخانه قدرتمند بارها نگاه فروسرخ خود را به سوی سپیدهدم کیهانی معطوف کرده و کهکشانهایی را کشف کرده که برای سنشان بیش از حد بالغ به نظر میرسند. مارپیچهای منظم، سامانههای عظیم و خاموش و اجرام درخشانی که در دورهای میتابند نظریهها میگویند نباید چیزی وجود داشته باشد. سه پژوهش اخیر ابعاد این تحول را نشان میدهند: یک کهکشان مارپیچی باشکوه شبیه راه شیری که تنها 1.5 میلیارد سال پس از مهبانگ دیده شده است، مجموعهای شامل 300 نامزد کهکشانی بهطور اسرارآمیزی درخشان و یک خوشه کهکشانی جوان و عظیم که از کهکشانهای بالغ و غیرفعال پر شده است. هر یک از این یافتهها به یک نتیجه واحد اشاره دارند: کیهان آغازین بسیار سریعتر از انتظار دانشمندان رشد کرده است.
آلکناندا همزاد راه شیری که زود متولد شد
اخترشناسان یک کهکشان مارپیچی را شناسایی کردهاند که شباهت چشمگیری به راه شیری دارد؛ آن هم در دورهای از کیهان که انتظار نمیرفت چنین سامانههای سازمانیافتهای وجود داشته باشند. دو پژوهشگر هندی از مرکز ملی اخترفیزیک رادیویی مؤسسه پژوهشی بنیادی تاتا (NCRA-TIFR) در پونه، این کهکشان بهطور غیرمعمول تکاملیافته را تنها 1.5 میلیارد سال پس از مهبانگ مشاهده کردند؛ زمانی که کیهان تقریباً یکدهم سن کنونی خود را داشت. آنها این کهکشان را «آلکناندا» نامیدند؛ نامی برگرفته از رودخانهای هیمالیایی که در زبان هندی به معنای راه شیری نیز هست. نتایج پژوهش آنها در نشریه Astronomy & Astrophysics منتشر شده است.
چرا این کهکشان نباید در چنین زمان زودی وجود میداشت
اخترشناسان معمولاً انتظار دارند کهکشانهای آغازین ظاهری آشفته و نامنظم داشته باشند. کهکشانهای مارپیچی کلاسیک با دو بازوی خوشفرم — که «مارپیچی با طرح بزرگ» (grand-design spiral) نامیده میشوند — برای شکلگیری کامل به چند میلیارد سال زمان نیاز دارند. شکلگیری چنین کهکشانی مستلزم برافزایش آهسته و پیوسته گاز، تهنشین شدن این گاز در قالب یک قرص چرخان و پدیدار شدن موجهای چگالی است که بازوهای مارپیچی را شکل میدهند. افزون بر این، سامانه باید از برخوردهای بزرگ در امان بماند تا ساختار ظریف آن مختل یا نابود نشود. آلکناندا بههیچوجه با این الگو سازگار نیست. ویژگیهای اندازهگیریشده آن مانند فهرستی از نشانههای بلوغ است:
- دو بازوی برجسته و کشیده پیرامون یک برآمدگی مرکزی درخشان آن را دربر گرفتهاند.
- قرص آن حدود 30,000 سال نوری گستردگی دارد.
- این کهکشان با سرعتی استثنایی ستاره تشکیل میدهد و هر سال جرمی معادل حدود 60 خورشید ایجاد میکند — یعنی تقریباً 20 برابر سریعتر از راه شیری امروزی.
- به نظر میرسد حدود نیمی از ستارگان آن تنها طی 200 میلیون سال شکل گرفتهاند؛ فورانی فوقالعاده سریع در مقیاس زمانی کیهانی.
- این کهکشان در مجموع طی تنها چند صد میلیون سال، جرمی معادل 10 میلیارد خورشید از ستارگان تشکیل داده است.
راشی جین، یکی از پژوهشگران این پروژه میگوید: «آلکناندا از نظر ساختاری بلوغی را نشان میدهد که معمولاً آن را به کهکشانهایی نسبت میدهیم که میلیاردها سال پیرترند. یافتن چنین قرص مارپیچی منظم و سازمانیافتهای در این دوره به ما میگوید فرایندهای فیزیکی شکلدهنده کهکشانها میتوانند بسیار کارآمدتر از آنچه مدلهای کنونی پیشبینی میکنند عمل کنند.»
عدسی گرانشی و نقش آن در کشف آلکناندا
این کشف به لطف یک همخطی کیهانی مناسب امکانپذیر شد. آلکناندا در راستای یک خوشه کهکشانی عظیم به نام ابل 2744 یا «خوشه پاندورا» دیده میشود. گرانش این خوشه، نور کهکشانهای پشت سر آن را خمیده و تقویت میکند؛ پدیدهای که به عدسی گرانشی (gravitational lensing) معروف است. این تقویت نوری به جیمز وب اجازه داد تا جزئیات ظریف این کهکشان دوردست را با وضوحی بیسابقه مشاهده کند.
300 نامزد کهکشانی بهطور اسرارآمیزی درخشان
یافتههای جیمز وب تنها به آلکناندا محدود نمیشود. تلسکوپ وب مجموعهای شامل 300 نامزد کهکشانی را شناسایی کرده که در دورههای بسیار آغازین کیهان بهطرز اسرارآمیزی درخشان هستند. این اجرام درخشان آنقدر پرانرژی هستند که توضیح آن بر اساس مدلهای استاندارد شکلگیری ستاره در آن دوره دشوار است. درخشش این کهکشانها نشان میدهد سرعت تشکیل ستاره و رشد حفرههای سیاهچاله مرکزی در آنها بسیار بیشتر از مقادیر پیشبینیشده است.
خوشه کهکشانی جوان با ساکنان پیر
کشف سومین گروه از این یافتههای شگفتانگیز، یک خوشه کهکشانی جوان و عظیم است که در همان اوایل کیهان شکل گرفته است. جالبتر آنکه این خوشه جوان از کهکشانهای بالغ و غیرفعال یا «مرده» پر شده است. کهکشانهای مرده به آنهایی گفته میشود که فرایند تشکیل ستاره در آنها متوقف شده است. وجود این کهکشانهای خاموش در یک خوشه جوان نشان میدهد فرایند تکامل و مرگ کهکشانها در گذشته کیهان با سرعت بیسابقهای انجام میشده است.
مدلهای فعلی تکامل کیهان بر پایه فرضیات تدریجی بنا شدهاند، اما تلسکوپ جیمز وب با هر رصد جدید نشان میدهد کیهان آغازین کارنامه شلوغتر و پرشتابتری از آنچه تصور میرفت داشته است. ادامه رصدهای فروسرخ این تلسکوپ در سالهای پیشرو قطعا پازل شکلگیری کهکشانها را دگرگون میکند و فیزیکدانان را وادار میسازد مدلهای خود را برای مهبانگ و سالهای آغازین آن بازنویسی کنند.
