نقشه‌ای از تار و پود کیهان که به اعماق زمان بازمی‌گردد

همکاری علمی COSMOS بزرگ‌ترین نقشه‌ای را که تاکنون از جهان هستی تهیه شده، منتشر کرده است. این نقشه شامل حدود ۸۰۰ هزار کهکشان است که برخی از آن‌ها متعلق به نخستین دوران‌های کیهان هستند. این دستاورد، برخی از تصورات پیشین ما درباره کیهان اولیه را به چالش می‌کشد.

بسیاری از ما تصاویر معروف «میدان ژرف هابل» (Hubble Deep Field) و «میدان فراژرف» (Ultra Deep Field) را به یاد داریم؛ تصاویری شگفت‌انگیز که نشان دادند حتی یک نقطه به‌ظاهر خالی از آسمان، سرشار از هزاران کهکشان است. این تصاویر نه‌تنها انقلابی علمی بودند، بلکه آگاهی عمومی ما از جایگاهمان در جهان را نیز دگرگون کردند.

در سال ۱۴۰۱، تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) اولین میدان ژرف خود را ثبت کرد و خوشه کهکشانی SMACS 0723 را با جزئیاتی بی‌نظیر به تصویر کشید. درحالی‌که هابل برای چنین تصویری صدها ساعت زمان نیاز داشت، جیمز وب تنها در ۱۲.۵ ساعت این کار را انجام داد و قدرت چشمگیر خود را به نمایش گذاشت. اکنون JWST با پروژه‌ی COSMOS-Web گامی فراتر نهاده است.

پروژه COSMOS-Web مبتنی بر ۲۵۵ ساعت رصد با استفاده از دو ابزار پیشرفته JWST یعنی NIRCam و MIRI است. این پروژه سه هدف علمی اصلی دارد:
۱. شناسایی هزاران کهکشان از عصر یونش (Epoch of Reionization) و درک بهتر روند این دوره؛
۲. کشف صدها کهکشان خاموش نادر با انتقال به سرخ بالای ۴ (z>4) برای بررسی نحوه شکل‌گیری و تحول بزرگ‌ترین کهکشان‌های کیهان؛
۳. سنجش تکامل نسبت جرم ستاره‌ای به جرم هاله تاریک که می‌تواند رابطه ماده قابل مشاهده با ماده تاریک را روشن‌تر کند.

به‌بیان ساده، COSMOS-Web فقط یک نقشه از کهکشان‌ها نیست؛ بلکه تلاشی برای قراردادن آن‌ها در بستر پرسش‌های کلیدی درباره جهان است. مقیاس وسیع این نقشه، ویژگی برجسته‌ی آن به‌شمار می‌رود.

دکتر کیتلین کیسی، استاد فیزیک دانشگاه UC Santa Barbara و یکی از مدیران این پروژه، می‌گوید:
«هدف ما ساختن میدانی ژرف از فضا در مقیاسی فیزیکی بود که تاکنون بی‌سابقه بوده است. اگر تصویر Ultra Deep Field هابل را روی یک برگ کاغذ چاپ کنید، تصویر ما در همان عمق، به اندازه‌ی یک تابلوی دیواری ۱۳ در ۱۳ فوت خواهد بود — واقعاً بسیار بزرگ است.»

نقشه‌ی COSMOS-Web به‌صورت تعاملی طراحی شده و کاربران می‌توانند در آن بزرگ‌نمایی کنند و مناطق مختلف آسمان را کاوش کنند.

امروزه دیگر میدان‌های ژرف شگفت‌انگیز گذشته را ندارند، چرا که با اهداف علمی دقیق تهیه می‌شوند، نه صرفاً کنجکاوی. پروژه COSMOS-Web صرفاً درباره‌ی کهکشان‌ها نیست؛ بلکه درک محیط اطراف آن‌ها، از جمله خلأهای کیهانی را نیز هدف گرفته است.

کیسی در اطلاعیه‌ای توضیح می‌دهد: «کیهان از مناطق پُرتراکم و خالی تشکیل شده. ما نمی‌خواستیم فقط دورترین کهکشان‌ها را پیدا کنیم، بلکه می‌خواستیم بدانیم آن‌ها دقیقاً کجا هستند و در چه محیطی زندگی می‌کنند.»

یکی از شگفتی‌هایی که JWST از زمان آغاز فعالیت خود آشکار کرده، تعداد زیاد کهکشان‌های بزرگ و درخشان در کیهان اولیه است. پیش از آن، داده‌های تلسکوپ هابل حاکی از کمیابی چنین کهکشان‌هایی بود. کیسی می‌گوید:
«منطقی به نظر می‌رسید — بیگ بنگ اتفاق افتاده و کیهان باید زمانی صرف فروپاشی گرانشی و روشن شدن ستارگان کند. این یک فرآیند زمان‌بر است.»

اما با JWST، اخترشناسان دریافتند که در فاصله‌های کیهانی بسیار دور، تقریباً ده برابر بیشتر از انتظار، کهکشان دیده می‌شود. همچنین سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم زیادی کشف شده‌اند که با هابل قابل مشاهده نبودند. به‌علاوه، انواع متفاوتی از کهکشان‌ها و سیاه‌چاله‌ها کشف شده‌اند. در مقاله‌ای درباره COSMOS-Web، نویسندگان احتمال داده‌اند که این پروژه بتواند نخستین نامزدهای سیاه‌چاله‌های «فروپاشی مستقیم» (direct collapse) را شناسایی کند.

مانند سایر رصدهای بزرگ، COSMOS-Web هم پاسخی به پرسش‌های موجود است و هم زمینه‌ساز پرسش‌های جدید. JWST تاکنون باعث بازنگری ما در درک کیهان اولیه شده است و COSMOS-Web این مسیر را ادامه می‌دهد.

کیسی می‌گوید:
«از وقتی تلسکوپ فعال شده، این پرسش مطرح است که آیا داده‌های JWST مدل‌های کیهان‌شناسی را به چالش می‌کشند؟ چون کیهان در مدت زمانی کمتر از ۴۰۰ میلیون سال، چطور توانسته چنین جرم عظیمی از ستارگان را تولید کند؟ هنوز نمی‌دانیم این فرآیند چطور ممکن است.»

در مقاله‌ی خود، کیسی و همکارانش می‌نویسند که COSMOS-Web می‌تواند به فهرستی بلند از پرسش‌های کیهانی پاسخ دهد.
«دامنه‌ی مطالعات علمی که این پروژه می‌تواند پیش ببرد، خارق‌العاده و فراتر از پیش‌بینی کامل است.» آن‌ها تأکید می‌کنند که هرچند این پروژه سهم بزرگی دارد، اما پیشرفت در این حوزه نیازمند همکاری با سایر رصدخانه‌هاست.

همکاری COSMOS داده‌ها را در دسترس عموم قرار داده تا اخترشناسان سراسر جهان بتوانند از آن بهره‌برداری کنند. آن‌ها این کار را «دموکراتیزه‌کردن علم» می‌نامند؛ هدف آن‌ها این است که داده‌های بهترین تلسکوپ فضایی جهان را در اختیار همه قرار دهند تا زمینه‌ساز کشف‌های نو، درک‌های تازه و حتی پرسش‌های جدید باشد.

در آغاز، این داده‌ها فقط برای متخصصانی که دسترسی به ابررایانه‌ها داشتند قابل استفاده بود. اما دو سال طول کشید تا تیم COSMOS داده‌های خام JWST را پردازش کرده و برای عموم قابل استفاده کنند.

کیسی می‌گوید:
«بخش بزرگی از این پروژه دموکراتیزه‌کردن علم است — اینکه ابزارها و داده‌های بهترین تلسکوپ‌ها در دسترس جامعه‌ی گسترده‌تری قرار گیرد. چون بهترین علم زمانی رخ می‌دهد که افراد مختلف، از زاویه‌های گوناگون به یک مجموعه داده نگاه کنند. این فقط وظیفه یک گروه خاص نیست.»

نویسندگان در پایان می‌نویسند:
«امیدواریم ارزش این نقشه در طول زمان بیشتر شود، همان‌طور که سایر میدان‌های ژرف پیشین، پیش از JWST، به چنین جایگاهی دست یافتند.»