رمزگشایی از منشاء کیهانی: چگونه کهکشان‌های عظیم به سرعت پس از بیگ بنگ پدیدار شدند

جهان - خبرگزاری اخباری

رمزگشایی از منشاء کیهانی: چگونه کهکشان‌های عظیم به سرعت پس از بیگ بنگ پدیدار شدند

وجود کهکشان‌های عظیم و بالغ در کیهان اولیه مدت‌هاست که یک معمای گیج‌کننده برای اخترشناسان بوده است. از مطالعات پیشگامانه میدان‌های عمیق تلسکوپ فضایی هابل، که کهکشان‌های قابل توجهی را زمانی که کیهان تنها چند میلیارد سال عمر داشت، آشکار کرد، این راز با استقرار تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) عمیق‌تر شد، که فراوانی کهکشان‌های درخشان را حتی زودتر مشاهده کرد. این تناقض آشکار با مدل‌های کیهان‌شناسی غالب، که تنها کهکشان‌های کوچک‌تر و نوپا را در چنین دوران اولیه‌ای پیش‌بینی می‌کنند، دانشمندان را به جستجوی توضیحات جدید سوق داده است.

در یک تلاش پیشگامانه برای حل این معمای کیهانی، یک تیم بین‌المللی از محققان، به رهبری نیکولاوس سولزنauer، محقق دکترا در مؤسسه ماکس پلانک برای اخترشناسی رادیویی (MPIfR) و دانشگاه بن، از داده‌های آرایه میلی‌متری/زیرمیلی‌متری بزرگ آتاکاما (ALMA) بهره بردند. مشاهدات آن‌ها بر روی هسته SPT2349-56 متمرکز بود، یک پیش‌خوشه کهکشانی فوق‌العاده عظیم که برای اولین بار توسط آزمایش Pathfinder آتاکاما (APEX) تنها ۱.۴ میلیارد سال پس از بیگ بنگ کشف شد. آنچه آن‌ها کشف کردند، درک متعارف را دگرگون کرد: چهار کهکشان که به شدت با یکدیگر در تعامل بودند و با سرعتی شگفت‌انگیز ستاره‌های جدیدی را تشکیل می‌دادند، که نشان می‌دهد کهکشان‌های بیضوی غول‌پیکر ممکن است از طریق فروپاشی سریع خوشه‌های کهکشانی نوزاد شکل گرفته باشند.

این یافته‌ها، که در مجله Nature تحت عنوان "A massive core for a cluster of galaxies at a redshift of 4.3" منتشر شده‌اند، مستقیماً پارادایم کیهان‌شناسی پذیرفته شده رشد سلسله‌مراتبی کهکشان‌ها را به چالش می‌کشند. بر اساس این مدل، کهکشان‌های بزرگ‌تر به آرامی طی میلیاردها سال از طریق تعاملات گرانشی و ادغام بلوک‌های سازنده کوچک‌تر جمع می‌شوند. با این حال، وجود کهکشان‌های بیضوی عظیم با جمعیت‌های ستاره‌ای قدیمی‌تر و نرخ پایین تشکیل ستاره جدید در اوایل کیهان، یک چالش قابل توجه برای این مفهوم ایجاد می‌کند. همانطور که سولزنauer در یک بیانیه مطبوعاتی MPIfR توضیح داد، "برخی از کهکشان‌های بیضوی غول‌پیکر باید کاملاً متفاوت از آنچه قبلاً تصور می‌شد شکل گرفته باشند. به جای اینکه طی ۱۴ میلیارد سال به آرامی جرم جمع کنند، یک کهکشان بیضوی عظیم ممکن است به سرعت در چند صد میلیون سال پدیدار شود."

مشاهدات ALMA از پیش‌خوشه SPT2349-56 جزئیات شگفت‌انگیزی را آشکار می‌کند. این تیم گاز سرد و غبار را در قلب پیش‌خوشه – ماده خام که ستاره‌های جدید از آن تشکیل می‌شوند – مشاهده کرد. این مشاهدات کهکشان‌هایی را نشان داد که به شدت در تعامل بودند و بازوهای کشندی غول‌پیکر از ابرهای گاز یونیزه شده را با سرعت حدود ۳۰۰ کیلومتر بر ثانیه (۱۸۶ مایل بر ثانیه) پرتاب می‌کردند، که بر روی منطقه‌ای بسیار بزرگ‌تر از کهکشان راه شیری گسترده شده بودند. در طول موج زیرمیلی‌متری، روشنایی این بازوها ده برابر توسط امواج شوک گرم شده که اتم‌های کربن یونیزه شده در ابرها را تحریک می‌کردند، افزایش یافت و پنجره‌ای منحصر به فرد به فرآیندهای خشونت‌آمیز تشکیل ستاره در کیهان اولیه فراهم کرد.

برای تعجب محققان، نرخ تشکیل ستاره حیرت‌انگیز بود: هر ۴۰ دقیقه یک ستاره جدید، که در تضاد شدید با تعداد انگشت‌شماری از ستاره‌ها بود که در کهکشان راه شیری در طول یک سال کامل تشکیل می‌شوند. این انتشار درخشان امکان اندازه‌گیری دقیق حرکت گاز در این مارپیچ گرانشی پرتاب شده را فراهم کرد. حتی قابل توجه‌تر، توده‌هایی از بقایای کشندی یافت شد که به زنجیره‌ای از ۲۰ کهکشان در حال برخورد اضافی در قسمت‌های بیرونی ساختار در حال فروپاشی متصل بودند، که به یک منشاء مشترک و آبشاری اشاره دارد. همانطور که سولزنauer اشاره کرد، این نشان‌دهنده "آغاز یک تحول ادغام آبشاری است. بیشتر ۴۰ کهکشان غنی از گاز در این هسته نابود خواهند شد و در نهایت در کمتر از ۳۰۰ میلیون سال – یک چشم بر هم زدن کیهانی – به یک کهکشان بیضوی غول‌پیکر تبدیل خواهند شد."

برای تقویت مشاهدات خود، این تیم توسط شبیه‌سازی‌های عددی دقیقی که توسط دانشجویان کارشناسی از دانشگاه بریتیش کلمبیا انجام شده بود، یاری شد. این شبیه‌سازی‌ها با مشاهدات ALMA و مطالعات قبلی خوشه‌های کهکشانی قدیمی‌تر مطابقت داشتند، که ایده وقوع ادغام‌های بزرگ همزمان در طول تاریخ کیهانی را به شدت تأیید می‌کند. این یافته‌ها همچنین بینش‌های حیاتی در مورد چگونگی گرم شدن و انتقال عناصر سنگین‌تر، مانند کربن (یکی از بلوک‌های سازنده اساسی شیمی آلی و حیات)، در خوشه‌های کهکشانی اولیه ارائه می‌دهند. در حالی که این اکتشافات راه‌های جدیدی را باز می‌کنند، بسیاری از اسرار همچنان باقی است. همانطور که اسکات چپمن، محقق دانشگاه دالهاوسی و یکی از نویسندگان اصلی این مطالعه، خلاصه کرد: "ممکن است هنوز برای ادعای درک کامل از 'کودکی اولیه' کهکشان‌های بیضوی غول‌پیکر خیلی زود باشد، اما ما در پیوند دادن بقایای کشندی در پیش‌خوشه‌ها با فرآیند تشکیل کهکشان‌های عظیم واقع در خوشه‌های کهکشانی امروزی، راه طولانی را پیموده‌ایم." این تحقیق گامی محوری در بازسازی گاه‌شمار کیهانی است و راه‌های جدیدی را برای کاوش در چگونگی تکامل بزرگ‌ترین ساختارهای کیهان باز می‌کند.

خبرگزاری اخباری