این کهکشان با نام JADES-GS-z13-1 شناخته میشود و تحلیل نور بسیار ضعیفی که از بیش از ۱۳.۴ میلیارد سال پیش ارسال کرده است، نشان میدهد که در دوران یونیزاسیون مجدد (Epoch of Reionization) نقش داشته است — فرآیندی یک میلیارد ساله که مه غلیظ و کدر کیهان اولیه را از بین برد و به نور اجازه داد آزادانه منتشر شود.
مشاهده این دوره از تاریخ کیهان بسیار دشوار است و مکانیسمهای پشت آن هنوز تا حدی مرموز باقی ماندهاند. اما کهکشان JADES-GS-z13-1 در معنای واقعی کلمه نوری بر این دوره تاریک کیهانی میتاباند. این نور شامل یک خط نشری لایمن-آلفا است که توسط هیدروژن هنگام تغییر سطح انرژی منتشر میشود و تنها زمانی دیده میشود که فرآیند یونیزاسیون مجدد کامل شده باشد.
روبرتو مایولینو، اخترفیزیکدان دانشگاه کمبریج و دانشگاه کالج لندن در بریتانیا میگوید:
«جهان اولیه در مه غلیظی از هیدروژن خنثی غوطهور بود. بیشتر این مه در فرآیندی به نام یونیزاسیون مجدد از بین رفت که حدود یک میلیارد سال پس از مهبانگ تکمیل شد. کهکشان GS-z13-1 زمانی دیده میشود که جهان تنها ۳۳۰ میلیون سال عمر داشت، اما نشانهای شفاف و آشکار از تابش لایمن-آلفا را نشان میدهد که تنها زمانی ظاهر میشود که مه اطراف به طور کامل پاک شده باشد. این نتیجه کاملاً برخلاف نظریههای موجود درباره شکلگیری کهکشانهای اولیه است و اخترشناسان را شگفتزده کرده است.»
داستانی از آغاز کیهان
در نخستین دقایق پس از مهبانگ، کیهان با مه غلیظی از پلاسمای داغ و چگال پر شده بود که از هستههای اتمی کوچک و الکترونهای آزاد تشکیل شده بود. نوری که در آن زمان وجود داشت، نمیتوانست از این مه عبور کند، زیرا فوتونها به طور مداوم با الکترونها برخورد میکردند و کیهان عملاً تاریک بود.
حدود ۳۰۰ هزار سال پس از مهبانگ، با سرد شدن کیهان، پروتونها و الکترونها با هم ترکیب شدند و اتمهای هیدروژن خنثی (و کمی هلیوم) را تشکیل دادند. اگرچه نور میتوانست از این محیط خنثی عبور کند، اما منابع نوری اندکی وجود داشت.
با شکلگیری نخستین ستارگان و کهکشانها از این هیدروژن و هلیوم، تابش قدرتمندی از آنها ساطع شد که الکترونها را از هیدروژن خنثی جدا کرد و آن را بار دیگر به حالت یونیزه بازگرداند. با این حال، تا آن زمان کیهان آنقدر منبسط شده بود که گازها بسیار رقیقتر بودند و نور میتوانست بهراحتی عبور کند و سفر طولانی خود را در فضا و زمان آغاز کند.
حدود یک میلیارد سال پس از مهبانگ، پس از سپیدهدم کیهانی (Cosmic Dawn)، کیهان شفاف شد، شبیه به وضعیت امروزی آن.
مشکل JADES-GS-z13-1
مسئله عجیب درباره JADES-GS-z13-1 این است که حتی اگر این کهکشان در فرآیند یونیزاسیون مجدد مشارکت داشته باشد، نباید قادر به دیدن آن باشیم. فضای اطراف این کهکشان احتمالاً یونیزه شده و حبابی شفاف به قطر حدود ۶۵۰ هزار سال نوری در زمان رصد ایجاد کرده است؛ اما انتظار میرود که مه همچنان این حباب را احاطه کرده باشد.
کوین هینلاین، اخترشناس دانشگاه آریزونا در آمریکا میگوید:
«با توجه به درک ما از چگونگی تکامل کیهان، واقعاً نباید چنین کهکشانی را پیدا میکردیم. میتوانیم جهان اولیه را مانند مه غلیظی تصور کنیم که پیدا کردن حتی نورهای قدرتمند را دشوار میسازد، اما در اینجا پرتو نوری از این کهکشان دیده میشود که پرده تاریکی را شکافته است. این خط نشری شگفتانگیز پیامدهای بزرگی برای درک ما از زمان و چگونگی یونیزاسیون مجدد کیهان دارد.»
احتمالات شگفتانگیز
تا پیش از این تصور میکردیم که درک خوبی از زمانبندی و فرآیند یونیزاسیون مجدد داریم، اما JADES-GS-z13-1 این فرضیات را زیر سؤال برده است.
یک احتمال این است که یک سیاهچاله با رشد سریع عامل این پدیده باشد، زیرا موادی که در اطراف آن میچرخند گرم شده و با نور شدیدی میدرخشند.
احتمال دیگر این است که تعداد زیادی از ستارگان بسیار پرجرم و داغ، با جرمی بین ۱۰۰ تا ۳۰۰ برابر جرم خورشید، مسئول درخشندگی شدید لایمن-آلفا باشند.
هر دوی این سناریوها جذاب هستند، زیرا هر یک دریچهای متفاوت به دوران اولیه کیهان باز میکنند. با این حال، در حال حاضر هیچکدام از آنها قابل تأیید نیستند. مشاهدات بیشتری از این کهکشان عجیب برنامهریزی شده است تا به اخترشناسان در درک بهتر آن کمک کند.
پیتر جاکوبسن، اخترشناس دانشگاه کپنهاگ در دانمارک، میگوید:
«همانطور که تلسکوپ فضایی هابل مسیر را هموار کرد، مشخص بود که جیمز وب قادر خواهد بود کهکشانهای دورتر را کشف کند. با این حال، همانطور که مورد GS-z13-1 نشان داد، همیشه کشفهای غیرمنتظرهای در انتظار ماست که درباره ماهیت ستارگان و سیاهچالههای اولیه اطلاعات شگفتانگیزی ارائه میدهند.»
این پژوهش در ژورنال Nature منتشر شده است.
