ستارگان‌شناسان «خوشه نوزاد» کهکشانی را کشف کردند که ممکن است مدل‌های کیهانی را در هم بشکند

ایالات متحده - خبرگزاری اخباری

ستارگان‌شناسان «خوشه نوزاد» غیرمنتظره‌ای از کهکشان‌ها را در جهان اولیه کشف کردند

در کشفی آسمانی که می‌تواند درک ما از تکامل جهان اولیه را بازسازی کند، ستارگان‌شناسان اخیراً آنچه را که به نظر می‌رسد یک «خوشه نوزاد» کهکشانی است – مجموعه‌ای از بیش از ۶۶ کهکشان جوان واقع در منطقه‌ای فوق‌العاده دور از فضا – شناسایی کرده‌اند. این خوشه اولیه‌ی کهکشانی که JADES-ID1 نامیده شده است، قدمت آن به حدود یک میلیارد سال پس از انفجار بزرگ بازمی‌گردد، که دوره‌ای فوق‌العاده زودرس در تاریخ کیهانی است. آنچه به ویژه شگفت‌انگیز است این است که این خوشه، علی‌رغم اینکه در مرحله «رشد» قرار دارد، بالغ‌تر و از نظر رشدی پیشرفته‌تر از آن چیزی به نظر می‌رسد که مدل‌های کیهانی فعلی برای چنین دوره‌ی اولیه‌ای پیش‌بینی می‌کنند. این امر آن را به یک نامزد اصلی برای اولین و دورترین خوشه اولیه‌ی کهکشانی تبدیل می‌کند که تاکنون کشف شده است و نظریه‌های غالب در مورد چگونگی شکل‌گیری چنین ساختارهای کیهانی عظیمی در دوران نوزادی جهان را به چالش می‌کشد.

رونمایی از JADES-ID1 با استفاده از داده‌های ترکیبی از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) ناسا و رصدخانه پرتو ایکس چاندرا امکان‌پذیر شد. تجزیه و تحلیل این داده‌ها نشان می‌دهد که این خوشه اولیه‌ی کهکشانی دارای جرمی عظیم است که تخمین زده می‌شود حدود ۲۰ تریلیون برابر جرم منظومه شمسی ما باشد. در حالی که بیشتر این جرم از ماده تاریک نامرئی تشکیل شده است، رصدخانه چاندرا ابر عظیمی از گاز داغ را که خوشه را احاطه کرده است، کشف کرده که در طول موج‌های پرتو ایکس به شدت می‌درخشد. وجود چنین «اتمسفر» گسیل‌کننده‌ی پرتو ایکس معمولاً نشانه‌ی خوشه‌های کهکشانی بالغ و پایدار است – ویژگی‌ای که به طور غیرمنتظره در ساختاری با قدمت تنها یک میلیارد سال یافت می‌شود.

دکتر آکوش بوگدان، ستاره‌شناس فیزیک در مرکز اخترفیزیک | هاروارد و اسمیتسونین و نویسنده‌ی اصلی این مطالعه که در مجله Nature منتشر شده است، اظهار داشت: «JADES-ID1 واقعاً جوان‌ترین خوشه با اتمسفر گسیل‌کننده‌ی پرتو ایکس است. و این کشف مرز خوشه‌های اولیه‌ی پرتو ایکس را به زمان‌های بسیار، بسیار زودتر از نمونه‌های قبلی می‌برد.» او افزود که وجود چنین ساختار عظیمی و پیشرفته‌ای در چنین زودرس تاریخ جهان، پرسش‌هایی را در مورد کامل بودن درک ما از فرآیندهای شکل‌گیری کیهانی مطرح می‌کند. او اضافه کرد: «یا ما برای دیدن آن فوق‌العاده خوش‌شانس بودیم، یا در حال ثبت یک منطقه از جهان هستیم که به طور غیرعادی سریع رشد می‌کند.»

خوشه‌های کهکشانی موضوعات حیاتی در کیهان‌شناسی هستند و اغلب به عنوان «چهارراه‌های» بین اخترفیزیک و کیهان‌شناسی شناخته می‌شوند. آنها به عنوان آزمایشگاه‌های طبیعی برای مطالعه‌ی تعاملات کهکشانی، رشد سیاه‌چاله‌های ابرجرم، و تکامل شبکه‌ی کیهانی عمل می‌کنند. درک اینکه چگونه این خوشه‌ها در وسعت‌های عظیم زمان و فضا جمع می‌شوند، همچنین دانش ما را در مورد پارامترهای کیهانی که جهان را شکل می‌دهند، آگاه می‌سازد. دکتر النا راسیا، ستاره‌شناس فیزیک در دانشگاه میشیگان که در این مطالعه شرکت نداشت، اظهار داشت: «خوشه‌های کهکشانی اغلب به عنوان 'چهارراه‌های' بین اخترفیزیک و کیهان‌شناسی شناخته می‌شوند.» او پیشنهاد کرد که این خوشه اولیه‌ی منحصربه‌فرد، JADES-ID1، می‌تواند از هر دو منظر مهم باشد.

مدل‌های استاندارد تشکیل خوشه‌ها پیش‌بینی می‌کنند که چنین ساختاری با این عظمت و بلوغ نباید در اوایل تاریخ جهان وجود داشته باشد. علاوه بر این، اگر JADES-ID1 رشد چشمگیر خود را ادامه دهد، در نهایت به یک خوشه کهکشانی کاملاً شکل‌گرفته با اندازه غیرعادی بزرگ تبدیل خواهد شد. با این حال، اینکه آیا وجود آن واقعاً نیازمند بازنویسی کتاب‌های درسی است یا خیر، هنوز در حال بررسی است. پروفسور کلاوس دولاگ، ستاره‌شناس فیزیک محاسباتی در دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان مونیخ، که در مطالعات JADES-ID1 شرکت نداشته است، اذعان می‌دارد که در حالی که «ما به طور کامل درک نمی‌کنیم که چگونه چنین ساختارهایی می‌توانند شکل بگیرند و در چنین زمان زودرسی چنین پیشرفته به نظر برسند»، ممکن است در حال حاضر نشانه‌هایی از آنچه در حال رخ دادن است وجود داشته باشد. در مطالعه‌ای قبلی، دولاگ و همکارانش شبیه‌سازی‌هایی از تشکیل خوشه‌های اولیه‌ی کهکشانی را که حدود نیم میلیارد سال پس از JADES-ID1 رخ داده بود، انجام دادند و دریافتند که بسیاری از آن اشیاء مجازی تا آن زمان اتمسفرهای قابل تشخیص پرتو ایکس را توسعه داده بودند. به طور حیاتی، هیچ یک از بزرگترین و اولین خوشه‌های اولیه‌ی کهکشانی در مطالعه سال ۲۰۲۳ آنها، با پیشرفت شبیه‌سازی به سوی جهان مدرن، به خوشه‌های کهکشانی بیش از حد بزرگ تبدیل نشدند. در عوض، رشد آنها با رسیدن به بلوغ و اتمام ذخایر گازی اطرافشان کند شد. اگر این رفتار برای JADES-ID1 نیز صادق باشد، اندازه قابل توجه اولیه مشاهده شده‌ی آن ممکن است کمتر مرموز باشد.

با این حال، پروفسور استفانو بورگانی، ستاره‌شناس فیزیک در دانشگاه تریسته ایتالیا، که با هیچ یک از این مطالعات ارتباطی نداشت، خاطرنشان می‌کند که تشخیص پرتوهای ایکس از JADES-ID1 و سایر خوشه‌های اولیه‌ی کهکشانی، محدودیت‌های تلسکوپ چاندرا را افزایش می‌دهد. این امر ارزیابی دقیق آنچه محققان در مورد این سیستم‌های افراطی می‌دانند را برای آنها دشوار می‌کند. او گفت: «درک واضح‌تر از اینکه آیا [JADES-ID1] درک فعلی ما از تشکیل ساختارهای کیهانی را به چالش می‌کشد، نیازمند انتظار برای نسل بعدی تلسکوپ‌های پرتو ایکس» با حساسیت بیشتر در کنار دید تیز چاندرا خواهد بود. دکتر بوگدان نیز با لزوم مطالعه بیشتر خوشه‌های اولیه‌ی کهکشانی مشابه موافق است. او اصرار داشت: «گام‌های بعدی باید یافتن سیستم‌های بیشتر مانند این و ایجاد نمونه‌های بزرگتر از خوشه‌های اولیه‌ی کهکشانی در جهان اولیه باشد تا ما فقط به یک شیء تکیه نکنیم.»

حل معمای این «خوشه نوزاد» بالغ، صرف نظر از نتیجه، نویدبخش پیشرفت‌های مهمی است، طبق گفته دولاگ. «یا ما چیز جدیدی در مورد تعامل پیچیده‌ی فرآیندهای فیزیکی مختلف که شکل‌دهنده‌ی تشکیل کهکشان‌ها هستند، خواهیم آموخت – یا خواهیم آموخت که در واقع نقص در مدل کلی پس‌زمینه‌ی کیهان‌شناسی ما وجود دارد که باعث می‌شود ما بیش از حد ساده‌سازی کنیم.» کشف JADES-ID1 پنجره‌ای منحصربه‌فرد به دوران اولیه شکل‌گیری جهان ارائه می‌دهد و به طور بالقوه مدل‌های ما از تشکیل ساختار و پارامترهای اساسی حاکم بر کیهان را اصلاح می‌کند.

خبرگزاری اخباری