دریافت شگفت‌انگیز: کشف همزاد کهکشان راه شیری یک میلیارد سال پس از بیگ بنگ

کشف ژولونگ، یک کهکشان اسپیرال فوق‌العاده بزرگ که به‌صورت اولیه خود در حدود ۱۲.۸ میلیارد سال پیش مشاهده شده است، باورهای موجود دربارهٔ سرعت شکل‌گیری کهکشان‌ها مانند کهکشان راه شیری پس از بیگ بنگ را به چالش می‌کشد. با استفاده از داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) در حین بررسی پانورامیک، ستاره‌شناسان ژولونگ را به‌عنوان یک کهکشان اسپیرال با طراحی بزرگ و ساختار مشخص شناسایی کردند. چنین سطحی از سازماندهی در تاریخچهٔ ابتدایی جهان غیرمنتظره بود، با توجه به نادر بودن معمول کهکشان‌های اسپیرال بعد از ۱۱.۵ میلیارد سال پیش. اندازهٔ ژولونگ، که تقریباً ۶۲,۰۰۰ سال نوری عرض دارد و جرم ستاره‌ای آن با کهکشان راه شیری قابل مقایسه است، آن را به یک کشف فوق‌العاده تبدیل می‌کند که زمان‌بندی وجود کهکشان‌های بالغ را به عقب می‌برد. این کشف ایده‌های جدیدی دربارهٔ سرعت و فرآیندهای شکل‌گیری کهکشان در دورهٔ کیهانی به ما ارائه می‌دهد.

شکل‌گیری و بلوغ زودهنگام ژولونگ

به گفتهٔ تیمی به رهبری ستاره‌شناس منگ‌یوآن شیاو از دانشگاه ژنو، “ژولونگ نشان می‌دهد که کهکشان‌های بالغ بسیار زودتر از آنچه انتظار می‌رفت در اولین میلیارد سال پس از بیگ بنگ پدیدار شده‌اند.” کهکشان دارای “شکل‌گیری و بلوغ قابل توجهی است: یک بلژ کلاسیک شبه‌خوابیده، یک دیسک ستاره‌ای در حال شکل‌گیری و بازوهای اسپیرال با طراحی بزرگ” است. این بازوها از هسته تا حاشیه‌های کهکشان امتداد می‌یابند و ساختار اسپیرال بزرگ را تعریف می‌کنند. چنین ویژگی‌های شکلی پیچیده معمولاً با کهکشان‌های بالغ مرتبط است، که وجود ژولونگ در حدود یک میلیارد سال پس از بیگ بنگ را به‌ویژه قابل توجه می‌سازد. این توسعه زودهنگام فرآیندهای تکاملی سریعی را نشان می‌دهد و مدل‌های قبلی را که نشان می‌دهند شکل‌گیری این ساختارها نیاز به زمان‌های بیشتری دارد، به چالش می‌کشد.

پیامدها برای مدل‌های تشکیل کهکشان و تکامل

تحقیقات نشان می‌دهد که “یافته ما محدودیت‌های اصلی را برای مدل‌های شکل‌گیری کهکشان‌های بزرگ و منبع ساختارهای اسپیرال در کیهان اولیه ارائه می‌دهد.” پیش‌تر، زمان شکل‌گیری کهکشان‌های اسپیرال به‌عنوان فرآیندی کند در نظر گرفته می‌شد و این ساختارها بیشتر بعد از یک میلیارد سال از تاریخ کیهانی پدیدار می‌شدند. کشف ژولونگ نشان می‌دهد که فرآیندهای شکل‌گیری کهکشان، از جمله نشستن ستاره‌ها در دیسک‌ها و توسعه بازوهای اسپیرال، ممکن است به‌طور قابل توجهی سریع‌تر عمل کرده باشند. این امر نیاز به بازبینی مکانیسم‌های عامل شامل دینامیک گاز، نرخ‌های تشکیل ستاره و تأثیر هاله‌های ماده تاریک را تشدید می‌کند. بلوغ سریع کهکشان در کمتر از ۸۰۰ میلیون سال پس از بیگ بنگ، معیار جدیدی را برای مدل‌های نجومی و شبیه‌سازی‌هایی که به‌دنبال بازتولید شرایط کیهانی اولیه هستند، فراهم می‌آورد.

یک دوقلوی خاص برای کهکشان راه شیری

شیاو اظهار می‌کند: “آنچه ژولونگ را متمایز می‌کند، شباهت آن به کهکشان راه شیری از لحاظ شکل، اندازه و جرم ستاره‌ای است.” با قطری حدود ۶۲,۰۰۰ سال نوری و جرمی مشابه کهکشان خودمان، ژولونگ به‌عنوان یک همسایه کیهانی نزدیک به کهکشان راه شیری، با وجود قدمت کهن خود، شناخته می‌شود. به‌نظر می‌رسد سیاه‌چاله مرکزی آرام است و این نشان می‌دهد که نرخ تشکیل ستاره این کهکشان، که بین ۲۰ تا ۱۵۵ جرم خورشیدی در سال تخمین زده می‌شود، به‌طرز کاهشی در حال کاهش است. این نشان‌دهندهٔ انتقال از یک مرحله فعال تشکیل ستاره به یک وضعیت پایدار و بالغ‌تر است. وجود بالشتک کلاسیک با تعریف‌ شده در کنار دیسک در حال تشکیل ستاره، توسعه‌ ساختاری پیشرفتهٔ ژولونگ را تأیید می‌کند. چنین شباهت‌هایی نگاهی نادر به آنچه که کهکشان راه شیری ممکن است در سال‌های اولیه خود به نظر می‌رسید ارائه می‌دهد.

تعریف مجدد زمان‌نامه کیهانی تشکیل کهکشان‌ها

وجود ژولونگ در چنین دوره‌ای اولیه نشان می‌دهد که کهکشان‌های بزرگ می‌توانند تا ده برابر سریع‌تر از آنچه که قبلاً تصور می‌شد، شکل بگیرند. این زمان‌نامه تسریع شده، فرضیات دیرینه دربارهٔ سرعت تکامل کیهانی در اولین میلیارد سال پس از بیگ بنگ را به چالش می‌کشد. فهم شرایطی که به ژولونگ اجازه داده تا به‌سرعت شکل بگیرد، نور بیشتری به محیط جهان اولیه می‌تاباند، از جمله در دسترس بودن گاز سرد، کارآیی تشکیل ستاره و مکانیزم‌های بازخورد از سیاه‌چاله‌ها یا ابرنواخترها. با ادامهٔ تحقیقات JWST در دوره کیهانی، کشفیات مانند ژولونگ درک ما را از چگونگی انتقال جهان از یک سوپ پرایموردی به یک کیهان ساختاریافته پر از کهکشان‌های پیچیده مانند کهکشان خودمان عمیق‌تر خواهد کرد.