ناشناخته‌ای از دلِ تاریکی: کهکشان باستانی MoM-z14، تصویری از سپیده‌دم کیهان (با تصاویر تلسکوپ جیمز وب)

تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) بار دیگر با کشف دورترین کهکشان شناخته شده تاکنون، MoM-z14، تنها 280 میلیون سال پس از انفجار بزرگ، رکورد کیهانی دیگری را شکست. این رصد قابل توجه، که با بهره‌گیری از توانایی‌های بی‌سابقه تلسکوپ در زمینه نور فروسرخ به دست آمده، اخترشناسان را یک گام دیگر به مشاهده نخستین کهکشان‌ها و ستارگانی که در کیهان اولیه پدیدار شدند، نزدیک‌تر می‌کند. اگر به دنبال درک بهتری از نخستین کهکشان‌های عالم و چگونگی شکل‌گیری آن‌ها هستید، در ادامه با ما همراه باشید.

پرده‌برداری از کیهان اولیه

پیش از JWST، تلسکوپ‌هایی مانند هابل و اسپیتزر فاقد اندازه آینه و حساسیت آشکارساز کافی برای کاوش در این اعماق از زمان بودند. آینه 2.4 متری هابل می‌توانست تا حدود 500 میلیون سال پس از انفجار بزرگ را ببیند، در حالی که آینه کوچک‌تر 85 سانتی‌متری اسپیتزر، علیرغم اختصاص یافتن به نور فروسرخ، پتانسیل آن را محدود می‌کرد. اکنون، تجهیزات پیشرفته و آینه عظیم JWST این امکان را فراهم کرده است تا نور ساطع شده از کهکشان‌هایی که در چند صد میلیون سال نخست تاریخ کیهانی وجود داشته‌اند، رصد شود.

یکی از ماموریت‌های اصلی JWST، ردیابی نحوه شکل‌گیری کهکشان‌ها است و این هدف تاکنون به ثمر نشسته است. از زمان آغاز فعالیت کامل در جولای 2022، این تلسکوپ تعداد غیرمنتظره‌ای از کهکشان‌های درخشان با انتقال به سرخ بالا (high-redshift galaxies) را کشف کرده است؛ اجسامی که در زمانی وجود داشته‌اند که کیهان هنوز در دوران نوزادی خود به سر می‌برد. تا همین اواخر، رکورد در اختیار کهکشان JADES-GS-z14-0 با انتقال به سرخ z=14.32 بود. با این حال، کهکشان تازه کشف شده MoM-z14 با انتقال به سرخ اندکی بالاتر، یعنی z=14.44، این عنوان را از آن خود کرده و افق دید ما را حتی بیشتر به عقب می‌برد.

شگفتی MoM-z14

این کشف از دل بررسی طیف‌سنجی میراژ (Mirage) (یا معجزه) به دست آمد، که هدف آن تایید کهکشان‌های کاندید در انتقال به سرخ‌های بسیار زیاد است. اخترشناسان انتظار نداشتند که کهکشان‌های زیادی را در z>14 پیدا کنند، که این امر، روشنایی و وضوح MoM-z14 را به یک شگفتی بزرگ تبدیل کرد.

همانطور که در مقاله «یک معجزه کیهانی: یک کهکشان به طرز چشمگیری درخشان در zspec = 14.44 که با JWST تایید شد» (A COSMIC MIRACLE: A REMARKABLY LUMINOUS GALAXY AT zspec = 14.44 CONFIRMED WITH JWST) توسط روهان نایدو (Rohan Naidu) و همکارانش از موسسه کاولی MIT برای اخترفیزیک و تحقیقات فضایی (MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research) شرح داده شده است، JWST از “جمعیت خیره‌کننده‌ای از کهکشان‌های درخشان در دوران‌های به طور شگفت‌انگیزی اولیه” پرده برداشته است.

تجزیه و تحلیل طیف‌سنجی MoM-z14 نشان می‌دهد که بیشتر نور آن از هسته کهکشانی که توسط یک سیاهچاله فوق‌سنگین تغذیه می‌شود (به اصطلاح هسته کهکشانی فعال یا AGN) نمی‌آید، بلکه از ستارگان می‌آید. این امر به این معنی است که MoM-z14 ممکن است میزبان ستارگان فوق‌سنگین باشد، که مدت‌هاست نظریه وجود آن‌ها در نخستین مهدکودک‌های ستاره‌ای کیهان مطرح شده است. نسبت نیتروژن به کربن در این کهکشان نیز به طور قابل توجهی بالاتر از خورشید است، که بازتاب‌دهنده نشانه‌های شیمیایی یافت شده در خوشه‌های کروی است که به دور کهکشان راه شیری می‌چرخند.

JWST کهکشانی مرتبط با گذشته راه شیری را کشف می‌کند

شباهت‌های بین MoM-z14 و خوشه‌های کروی باستانی، یک نسب تکاملی مشترک را نشان می‌دهد. به گفته نویسندگان، “ما ممکن است به طور مستقیم شاهد شکل‌گیری چنین ستارگانی در خوشه‌های متراکم باشیم”، که به مسیری تکاملی کهکشانی اشاره دارد که در کل عمر کیهان امتداد دارد. این یافته‌ها به پر کردن شکاف بین نخستین ستارگان کیهان و جمعیت ستاره‌ای باستانی که امروزه در کهکشان خودمان مشاهده می‌کنیم، کمک می‌کند.

پروفایل شیمیایی MoM-z14 به ویژه هنگام بررسی مورفولوژی اهمیت پیدا می‌کند. داده‌های JWST دو نوع کهکشان درخشان باستانی را نشان می‌دهد: منبع نقطه‌ای و گسترده. به نظر می‌رسد این مورفولوژی با الگوهای شیمیایی همبستگی دارد: منابع فشرده تمایل به نشان دادن انتشار قوی نیتروژن دارند، در حالی که منابع گسترده اینطور نیستند. MoM-z14 به طور مشخص در دسته کهکشان‌های فشرده غنی از نیتروژن قرار می‌گیرد و همانطور که در این تحقیق توضیح داده شده، “شواهد بیشتری برای یک دوگانگی اندازه-شیمی در z > 10” ارائه می‌دهد.

فسیل کهکشانی کشف شد

کشف MoM-z14 قدرت JWST را نه تنها در شناسایی کهکشان‌های اولیه، بلکه در ارتباط دادن آن‌ها با ساختارهای شناخته شده در جهان محلی از طریق باستان‌شناسی کهکشانی برجسته می‌کند. غنی‌شدگی نیتروژن، روشنایی، تابش یونیزه‌کننده و مورفولوژی MoM-z14 همگی به محیطی اشاره دارند که در آن برخوردهای افسارگسیخته ستاره‌ای ممکن است ستارگان فوق‌سنگین خارق‌العاده‌ای را شکل داده باشند. این شرایط ممکن است منعکس کننده شرایط موجود در مناطق شکل‌گیری خوشه‌های کروی باشد و گذشته و حال کیهان را به هم پیوند دهد.

همانطور که در این مقاله نتیجه‌گیری شده است، به نظر می‌رسد JWST “آماده است تا مجموعه‌ای از گسترش‌های بزرگ در مرزهای کیهانی را پیش ببرد” و به دوران نخستین ستارگان نزدیک‌تر شود. با ابزارهای آینده‌نگری مانند تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن (Nancy Grace Roman Space Telescope) که نوید بررسی‌های گسترده‌تر و عمیق‌تر آسمان را می‌دهند، MoM-z14 ممکن است به زودی یکی از نورهای کیهانی اولیه باشد که سپیده‌دم زمان را روشن می‌کند.

منبع