مشاهدات جدید نشان میدهد که کهکشان JADES-GS-z14-0 غنی از اکسیژن است—که این کشفی شگفتانگیز است، زیرا دانشمندان بر این باور بودند که عناصر سنگینتر از هیدروژن و هلیوم تا مدتها بعد در جهان به مقدار قابل توجهی شکل نگرفته بودند.
این یافته، سرنخ دیگری است که نشان میدهد جهان اولیه بسیار سریعتر از آنچه تصور میکردیم، به بلوغ رسیده است.
ساندر شوز، کیهانشناس از رصدخانه لیدن در هلند، میگوید:
“این مانند یافتن یک نوجوان در جایی است که فقط انتظار دیدن نوزادان را داشتید.”
او توضیح میدهد که این کهکشان بسیار سریع شکل گرفته و به همان سرعت در حال تکامل است، که به شواهدی افزوده میشود مبنی بر اینکه تشکیل کهکشانها سریعتر از حد انتظار رخ داده است.
اصلاً خود وجود JADES-GS-z14-0 برای مدلهای کیهانشناسی ما مشکلساز بود، زیرا تصور میشود که کهکشانها برای رشد به زمان زیادی نیاز دارند. اما برای اینکه چنین کهکشانی از فاصلهای بیش از ۱۳.۴ میلیارد سال نوری در تلسکوپهای ما قابل مشاهده باشد، باید بهاندازهای بزرگ و درخشان باشد که توضیح آن چندان آسان نیست.
علاوه بر این، عناصر سنگینتر از هیدروژن و هلیوم نیز برای شکلگیری به زمان نیاز دارند. در نخستین لحظات پس از مهبانگ، اولین عناصر شکلگرفته هیدروژن و هلیوم بودند. چگالیهای بیش از حد در این محیط باعث تشکیل نخستین ستارگان شد. گاز تحت گرانش فرو ریخت و رشد آن ادامه یافت تا زمانی که هستهی ستاره بهاندازهی کافی داغ و متراکم شد تا همجوشی هستهای آغاز شود و هیدروژن را به عناصر سنگینتر تبدیل کند.
اما نکتهی مهم اینجاست: ستارهها باید کل عمر خود را سپری کرده و در یک انفجار ابرنواختری بمیرند تا این عناصر سنگینشده در فضا پراکنده شوند. این فرایند میتواند نسبتاً سریع باشد؛ عمر برخی از پرجرمترین ستارگان کمتر از ۱۰ میلیون سال است.
با این حال، زمانی که گروهی از اخترشناسان با استفاده از آرایهی بزرگ میلیمتری/زیرمیلیمتری آتاکاما (ALMA) در شیلی این کهکشان را بررسی کردند، میزان عناصر سنگینتر از هیدروژن و هلیوم در JADES-GS-z14-0 ۱۰ برابر بیشتر از حد انتظار بود! این یافته نشان میدهد که سرعت تولید این عناصر نیز بسیار بیشتر از آن چیزی است که تاکنون تصور میکردیم.
استفانو کارنیانی، اخترفیزیکدان از مدرسه عالی نرمال در ایتالیا، میگوید:
“نتایج غیرمنتظره مرا شگفتزده کرد، زیرا دیدگاه جدیدی از مراحل اولیه تکامل کهکشانها ارائه داد.”
او توضیح میدهد که وجود کهکشانی بالغ در جهان نوزاد، این پرسش را مطرح میکند که کهکشانها دقیقاً چه زمانی و چگونه شکل گرفتهاند؟
به دلیل انبساط فضا، نوری که از کهکشانهای دوردست منتشر میشود، در اثر پدیدهی دوپلر به طولموجهای قرمز کشیده شده است. تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) که قدرتمندترین تلسکوپ فروسرخ ساختهشده تاکنون است، بهطور ویژه برای ردیابی این اجرام انتقالیافته به سرخ طراحی شده است.
از زمان پرتاب این تلسکوپ، اخترشناسان تعداد زیادی کهکشان بزرگ را در زمانی بسیار زودتر از حد انتظار در تاریخ جهان کشف کردهاند، که تصویری کاملاً متفاوت از تکامل کیهان در نخستین میلیارد سال پس از مهبانگ ارائه میدهد.
کشف اخیر اکسیژن در JADES-GS-z14-0 تنها یک قطعهی دیگر از این پازل است، که نشان میدهد کهکشانها در جهان اولیه بسیار سریعتر از آنچه تصور میکردیم، رشد و تکامل یافتهاند.
حالا ما باید بفهمیم که این رشد سریع چگونه خط زمانی کیهانشناسی را تغییر میدهد و کدام فرضیات دیگر دربارهی جهان اولیه نیاز به بازبینی دارند.
این پژوهش در قالب دو مقاله در The Astrophysical Journal و Astronomy & Astrophysics پذیرفته شده و در پایگاه arXiv در دسترس است.
جهان اولیه بهطور شگفتآوری سریعتر از آنچه تاکنون تصور میشد، تکامل یافته است. کشف اکسیژن در کهکشان JADES-GS-z14-0 تنها ۳۰۰ میلیون سال پس از مهبانگ نشان میدهد که ستارهها به سرعت شکل گرفته، عناصر سنگین تولید کرده و منفجر شدهاند.
به طور کلی، این کشف به ما نشان میدهد که کیهان اولیه پیچیدهتر از آن چیزی است که انتظار داشتیم و احتمالاً نظریههای موجود دربارهی چگونگی شکلگیری و تکامل کهکشانها در مراحل اولیه جهان نیاز به اصلاح دارند. این یافتهها میتوانند به درک بهتر ما از فرآیندهای شکلگیری عناصر و تاریخچهی کیهان کمک کنند.
