اندکی پس از آنکه تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) عملیات علمی خود را آغاز کرد، اخترشناسان اعلام کردند که کهکشانهایی را در کیهان اولیه کشف کردهاند که برای سن خود بسیار بزرگ، درخشان و پر از ستاره بودند. در حالی که تیترهای سرتاسر جهان ادعا می کردند که این کهکشان ها درک ما را از بیگ بنگ ‘شکست’ می دهند، حقیقت بسیار ظریف تر و جالب تر است.
نظریه بیگ بنگ تصویر کلی ما از تاریخ کیهان است که از گذشته عمیق آن شروع می شود، زمانی که کیهان بسیار کوچکتر، داغتر و متراکمتر از امروز بود. این مدل که در ابتدا در اوایل قرن بیستم توسعه یافت، از یک سری آزمایشهای رصدی جان سالم به در برد و در توضیح انواع مشاهدات کیهانشناسی، از جمله انتقال قرمز نور از کهکشانهای دور، ظهور تابش باقیمانده به شکل کیهان بسیار خوب است. پس زمینه مایکروویو، فراوانی عناصر نور، و تکامل کهکشان ها و ساختارهای بزرگتر.
در حالی که نظریه بیگ بنگ نمی تواند به طور قطعی بگوید کدام کهکشان ها در کجا ظاهر می شوند، می تواند در مورد احتمالات صحبت کند. به عنوان مثال، کیهانشناسان میتوانند تقریباً بگویند که چند کهکشان کوچک، چند کهکشان متوسط و چند کهکشان بزرگ باید در یک حجم معین در سن معینی از جهان ظاهر شوند. اما تا قبل از JWST، ما دسترسی رصدی مستقیم به اولین مراحل تکامل کهکشانی نداشتیم – چیزی که تلسکوپ به صراحت برای مطالعه طراحی شده بود.
در سال 2022، اخترشناسان اعلام کردند کهکشانهای بسیار دوری را یافتهاند که بهطور شگفتآور و عجیبی بزرگ هستند. آنها انتقال به سرخ کهکشان ها را بیش از 16 اندازه گیری کرده بودند، به این معنی که این کهکشان ها فقط 200 تا 250 میلیون سال پس از انفجار بزرگ وجود داشته اند. با این حال، آنها غول پیکر بودند و به نظر می رسید که کاملاً شکل گرفته بودند، با بازوهای مارپیچ و همه چیز.
این کهکشان ها بسیار فراتر از انتظارات نظریه بیگ بنگ به نظر می رسیدند. آنها مانند پیدا کردن نوجوانان در کلاس مهدکودک بودند. پس چه خبر بود؟
کیهان شناسی خمشی
سرفصل های گستاخانه ای که مرگ نظریه انفجار بزرگ را اعلام می کنند را دنبال کنید. اما این داستان ها یک جزئیات مهم را حذف کردند: ستاره شناسان انتقال به سرخ آن کهکشان ها را از طریق تکنیکی به نام نورسنجی تخمین زدند که فوق العاده نامشخص است. ارزیابی کامل توانایی این کهکشان ها برای ‘شکستن’ کیهان شناسی باید منتظر اندازه گیری دقیق تری از انتقال به سرخ آنها و در نتیجه سن آنها بود.
وقتی آن اندازه گیری های دقیق تر بالاخره چند ماه بعد انجام شد، آن کهکشان ها از رکوردشکنی به … کهکشان های معمولی تبدیل شدند. برای مثال، انتقال به سرخ یک کهکشان از بیش از 16 به 4.9 بازنگری شد و سن آن را از 240 میلیون سال پس از انفجار بزرگ به بیش از یک میلیارد سال افزایش داد. این زمان بیش از اندازه کافی برای نظریه بیگ بنگ معمولی است تا اندازه و شکل آنها را توضیح دهد.
اما همراه با آن تجدید نظرهای نه چندان هیجان انگیز، برخی جابجایی های تایید شده جدید به سرخ کهکشان های دیگر، از جمله JADES-GS-z14-0، دورترین کهکشان کنونی شناخته شده، با انتقال به سرخ 14.32 به وجود آمد. این کهکشان زمانی که کیهان تنها 290 میلیون سال سن داشت زنده و سالم بود.
ستاره شناسان به طور کامل انتظار داشتند که کهکشان ها 290 میلیون سال پس از انفجار بزرگ وجود داشته باشند. به همین دلیل آنها JWST را ساختند. و همانطور که کهکشانها پیش میروند، JADES-GS-z14-0 مطمئناً یک جوان است – در مقایسه با 100000 سال نوری کهکشان راه شیری، تنها 1600 سال نوری وسعت دارد. اما جالب اینجاست که کهکشان نسبتاً درخشان و پر از ستاره است – نه به اندازه ای که بتواند به طور کامل کیهان شناسی را در هم بشکند، بلکه به اندازه ای نیست که سؤالاتی در مورد منشأ و توسعه اولین کهکشان هایی که در جهان ظاهر شده اند ایجاد کند.
کیهان شناسی ساختمان
کاملاً ممکن است که نظریه بیگ بنگ اشتباه باشد. دانشمندان باید نظم ذهنی خود را حفظ کنند تا این امکان را بپذیرند. اما با وجود چنین انبوهی از شواهد در پشت آن، بعید است که بیگ بنگ با یک رصد از بین برود. و شایان ذکر است که JWST دقیقاً همان کاری را انجام میدهد که ما برای انجام آن طراحی و ساختهایم: به برخی سؤالات مهم در مورد چگونگی پیدایش اولین ستارهها و کهکشانها پاسخ دهید.
این کاملاً ممکن است که کیهان شناسان بتوانند ظاهر کهکشان هایی مانند JADES-GS-z14-0 را در چارچوب بیگ بنگ بدون نیاز به اصلاحات اساسی توضیح دهند. برای مثال، سیاهچالههای بزرگ ممکن است قبل از این کهکشانها ظاهر شده باشند، و جاذبه گرانشی فوقالعاده آنها ممکن است باعث انفجارهای درخشان تشکیل ستارهها شده باشد.
یا شاید بازخورد ابرنواخترها و مکانیسمهای دیگر باعث شد که کهکشانهای اول از کهکشانهای امروزی غنیتر از ستارهها باشند و این کهکشانهای اولیه را علیرغم اندازه کوچکشان قدرتمند نشان میدهد.
یا شاید مشاهدات اولیه ما نسبت به این نقاط پرت کوچک اما روشن تعصب داشته باشند و کمپینهای بعدی جمعیتهای بزرگتری از کهکشانهای دنیویتر را نشان دهد، در نتیجه تنش با مدلهای تشکیل کهکشان را کاهش میدهد.
و در آخر، شاید لازم باشد برخی از عناصر جدید را به جهان اضافه کنیم، مانند اجازه دادن به انرژی تاریک برای تکامل با زمان، برای تولید این نوع کهکشان ها در چنین زمان های اولیه.
این به خودی خود به اندازه کافی هیجان انگیز است، بدون نیاز به برهم زدن بیگ بنگ آنطور که ما می شناسیم. بیش از حد کافی رازها و گوشه های پنهان در کیهان وجود دارد تا اخترشناسان را در شب بیدار نگه دارد تا در مورد احتمالات فکر کنند – و صبح ها برای ادامه کار در مورد چگونگی حل آنها.
در ابتدا در Space.com ارسال شد.