زمانی که عمر جهان تنها حدود ۷۰۰ میلیون سال بود؛ یعنی تقریباً ۵ درصد سن کنونی آن، کهکشانی دوردست به نام REBELS-25 از پیش دارای مخزنی عظیم از گاز سرد بود. همان سوخت اصلی موردنیاز برای تشکیل ستارگان. یک مطالعه جدید برای نخستین بار موفق به شناسایی مستقیم این گاز در چنین فاصله کیهانی دوری شده و سرنخ مهمی درباره یکی از پرسشهای دیرینه نجوم ارائه میدهد: کهکشانهای نخستین چگونه توانستند با این سرعت رشد کنند؟
مونوکسید کربن از ۱۳ میلیارد سال پیش
این پژوهش که در مجله علمی Monthly Notices of the Royal Astronomical Society منتشر شده، به سرپرستی Karin Cescon از Leiden University انجام شده است. تیم تحقیقاتی او با استفاده از تلسکوپهای رادیویی NSF Very Large Array و Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) حدود ۴۰ ساعت را صرف جستوجوی سیگنالهای بسیار ضعیف مونوکسید کربن در کهکشان REBELS-25 کردند؛ کهکشانی با انتقال به سرخ ۷.۳۱ که در دوران موسوم به Epoch of Reionization قرار دارد.
آنها موفق شدند خط طیفی CO(3-2) را شناسایی کنند؛ دورترین خط کمانرژی مونوکسید کربنی که تاکنون ثبت شده است. با ترکیب دادههای VLA و ALMA، پژوهشگران برآورد کردند که جرم گاز مولکولی این کهکشان حدود ۱۰۰ میلیارد برابر جرم خورشید است و نسبت گاز آن به کل جرم به حدود ۹۵ درصد میرسد.
نسبت گاز ۹۵ درصدی به این معناست که تقریباً تمام جرم REBELS-25 هنوز به ستاره تبدیل نشده و به صورت گاز خام باقی مانده بود. این موضوع تأیید میکند که برخی از کهکشانهای اولیه، پیش از آغاز اوج ستارهسازی خود، از همان ابتدا سرشار از مواد اولیه لازم برای تشکیل ستاره بودهاند.
تا پیش از این، اخترشناسان تنها میتوانستند وجود چنین ذخایر گازی را بهطور غیرمستقیم استنباط کنند، اما این شناسایی مستقیم، امکان اندازهگیری واقعی این ویژگی را در سپیدهدم کیهانی فراهم کرده است.
در چنین فاصله عظیمی، Cosmic Microwave Background یا همان تابش پسزمینه کیهانی که یادگاری از مهبانگ است، مانند یک پسزمینه روشن عمل میکند و سیگنالهای مونوکسید کربن را تضعیف میکند؛ به همین دلیل انجام این رصد بسیار دشوار بوده است.
پژوهشگران معتقدند تلسکوپ آینده Next Generation Very Large Array (ngVLA) قادر خواهد بود چنین اندازهگیریهایی را حدود ۱۰ برابر سریعتر انجام دهد. این قابلیت به دانشمندان اجازه میدهد جمعیتهای بزرگی از کهکشانهای اولیه را بررسی کرده و بهتر درک کنند که این اجرام چگونه سوخت لازم برای رشد سریع خود را تأمین کردهاند.
این کشف گامی مهم در فهم چگونگی شکلگیری نخستین کهکشانهای جهان به شمار میرود و میتواند به روشن شدن فرآیندهای حاکم بر رشد سریع ساختارهای کیهانی در نخستین صدها میلیون سال پس از مهبانگ کمک کند.