تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا بینش های پیشگامانه ای از کهکشان ها در کیهان اولیه ارائه کرده است و نحوه تغذیه آنها از گاز سرد را آشکار می کند.
این کشف، شکل‌گیری و رشد کهکشان‌ها را در دوران کودکی جهان، تنها چند صد میلیون سال پس از انفجار بزرگ، روشن می‌کند.
کشف و روش شناسی
محققان با تجزیه و تحلیل داده‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) سه کهکشان را شناسایی کرده‌اند که در آنها ستاره‌ها در زمانی که کیهان تنها 400 تا 600 میلیون سال سن داشت در حال شکل‌گیری بودند. ابزارهای JWST گازهای متراکم و سردی را در اطراف این کهکشان‌ها کشف کردند که عمدتاً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده بود، اولین عناصری که پس از انفجار بزرگ شکل گرفتند. این گاز برای تشکیل ستارگان حیاتی است و به عنوان سوختی عمل می کند که کهکشان ها را قادر به رشد می کند.
این کهکشان ها به صورت لکه های قرمز کم رنگ در تصاویر JWST شناسایی شدند که باعث شد محققان نتیجه گیری خود را بر اساس داده های طیفی بنا کنند. این طیف نشان داد که نور این کهکشان ها توسط مقادیر زیادی گاز هیدروژن خنثی جذب می شود که نشان دهنده وجود ذخایر گاز قابل توجهی است. تصور می شود که این گاز سرد شده و در کنار هم جمع می شود و در نهایت ستاره های جدیدی را تشکیل می دهد.
اهمیت نتایج
تشخیص گاز سرد در اطراف این کهکشان های اولیه به چند دلیل مهم است:
- تشکیل کهکشان: وجود گاز متراکم نشان می دهد که این کهکشان ها در مراحل اولیه شکل گیری خود هستند و فعالانه در حال ایجاد ستاره های جدید هستند. این کشف بینشی مستقیم از فرآیندهایی که باعث رشد کهکشان ها در کیهان اولیه شد، ارائه می دهد.
- داستان کیهانی: درک شکل گیری و تکامل کهکشان های اولیه به دانشمندان کمک می کند تا تاریخ کیهان را بازسازی کنند. با مطالعه این کهکشان‌های باستانی، محققان می‌توانند بینشی در مورد شرایطی که در دوران کودکی جهان وجود داشته است و اینکه چگونه این کهکشان‌ها بر شکل‌گیری ساختارهای در مقیاس بزرگ تأثیر گذاشته‌اند، به دست آورند.
- محیط بین کهکشانینتایج نشان می دهد که رابطه نزدیک بین کهکشان ها و محیط بین کهکشانی وجود دارد، کهکشان ها گاز را برای سوخت رسانی به رشد خود جذب می کنند. این برهمکنش بین کهکشان ها و محیط اطرافشان نقشی حیاتی در تکامل کیهان ایفا می کند.
مشاهدات دقیق از تلسکوپ فضایی وب
مشاهدات JWST نشان داد که این کهکشان ها به طور فعال گاز سرد را از محیط اطراف خود جمع می کنند. گاز سرد که عمدتاً از هیدروژن تشکیل شده است به عنوان ماده خام برای تشکیل ستاره ها عمل می کند. با بررسی خطوط جذب در طیف ها، دانشمندان دریافتند که ذخایر گاز در اطراف این کهکشان ها قابل توجه بوده و سوخت کافی برای شکل گیری بیشتر ستاره ها را فراهم می کند.
نور کهکشان ها توسط گاز هیدروژن اطراف جذب شد و ویژگی های جذب مشخصه ای را در طیف ها ایجاد کرد. این ویژگی ها به محققان اجازه داد تا میزان و توزیع گاز در اطراف کهکشان ها را اندازه گیری کنند. وجود گاز سرد در چنین مقادیر زیادی نشان می دهد که این کهکشان ها در حالت رشد سریع هستند و با سرعت بالایی در حال تشکیل ستاره های جدید هستند.
عصر یونیزاسیون مجدد
جهان در این دوره بود که به عنوان عصر یونیزاسیون مجدد شناخته می شود، زمانی که گاز بین ستاره ها و کهکشان ها تا حد زیادی مات بود. حدود یک میلیارد سال پس از انفجار بزرگ بود که گاز کاملاً شفاف شد. مشاهدات JWST بینشی در مورد این دوره دگرگون کننده تاریخ کیهانی ارائه می دهد.
عصر یونیزه شدن تغییر قابل توجهی را در تکامل جهان نشان داد. در طول این مدت، اولین ستاره ها و کهکشان ها شروع به تشکیل و انتشار نور کردند و به تدریج گاز هیدروژن اطراف را یونیزه کردند. توانایی JWST برای رصد کهکشان ها در این دوران به دانشمندان اجازه می دهد تا فرآیندهایی را که منجر به یونیزه شدن مجدد جهان و تشکیل اولین ساختارهای نورانی شد، مطالعه کنند.
تحقیقات آینده
این کشف فرصت های زیادی را برای تحقیقات آینده باز می کند. دانشمندان می خواهند نمونه های آماری بزرگی از کهکشان های اولیه ایجاد کنند تا فراوانی و خواص ذخایر گازی آنها را درک کنند. مطالعات بیشتر، توزیع گاز را در کهکشان‌ها بررسی می‌کند و مشخص می‌کند که آیا این گاز حاوی عناصر سنگین‌تری است که نشان‌دهنده نسل‌های قبلی تشکیل ستاره است.
مشاهدات آینده با JWST بر روی نقشه برداری از توزیع گاز در داخل و اطراف کهکشان های اولیه متمرکز خواهد بود. با مطالعه ترکیب شیمیایی گاز، محققان می توانند در مورد تاریخچه شکل گیری ستاره ها و غنی سازی محیط بین کهکشانی با عناصر سنگین تر نتیجه گیری کنند. این مطالعات درک جامع تری از شرایطی که منجر به شکل گیری کهکشان ها در کیهان اولیه شد، ارائه می دهد.
مفاهیمی برای تئوری های تشکیل کهکشان ها
این کشف که کهکشان های اولیه گاز سرد را پرورش می دهند، پیامدهای قابل توجهی برای نظریه های شکل گیری کهکشان ها دارد. این ایده را پشتیبانی می کند که کهکشان ها با انباشت گاز از محیط اطراف خود رشد می کنند، فرآیندی که به عنوان “برافزایش سرد” شناخته می شود. این فرآیند با ادغام ها و فعل و انفعالات خشن تر که به رشد کهکشان ها نیز کمک می کند، در تضاد است.
درک تعادل بین برافزایش سرد و ادغام در کیهان اولیه برای توسعه مدل‌های دقیق شکل‌گیری کهکشان‌ها بسیار مهم است. مشاهدات JWST شواهد مستقیمی از برافزایش سرد ارائه می دهد و اهمیت آن را در رشد اولین کهکشان ها برجسته می کند. این دانش مدل های نظری را اصلاح می کند و درک ما از تکامل کهکشان ها در زمان کیهانی را بهبود می بخشد.
