ما بالاخره می دانیم چه چیزی چراغ ها را در طلوع زمان روشن کرد

ما سرانجام می دانیم که چه چیزی نور را به خلأ تاریک و بی شکل کیهان اولیه آورده است.

بر اساس داده‌های تلسکوپ فضایی هابل و جیمز وب، منشأ فوتون‌های آزادانه در اوایل سپیده‌دم کیهانی، کهکشان‌های کوتوله کوچکی بودند که شعله‌ور شدند و مه را از هیدروژن تیره که فضای بین کهکشانی را پر کرده بود، پاک کردند. مقاله جدیدی در مورد این تحقیق در ماه فوریه منتشر شد.

Iryna Chemerynska، اخترفیزیکدان از موسسه اخترفیزیک پاریس، گفت: این کشف نقش حیاتی کهکشان‌های بسیار کم‌نور در تکامل اولیه کیهان را آشکار می‌کند.

آنها فوتون های یونیزه کننده ای تولید می کنند که هیدروژن خنثی را در طی یونیزاسیون مجدد کیهانی به پلاسمای یونیزه تبدیل می کنند. این اهمیت درک کهکشان های کم جرم در شکل دادن به تاریخ کیهان را برجسته می کند.

در ابتدای کیهان، در عرض چند دقیقه پس از انفجار بزرگ، فضا با مه داغ و متراکم پلاسمای یونیزه پر شد. نور کمی که وجود داشت در این مه نفوذ نمی کرد. فوتون‌ها به سادگی از الکترون‌های آزاد شناور در اطراف پراکنده می‌شوند و در واقع جهان را تاریک می‌کنند.

با سرد شدن کیهان، پس از حدود ۳۰۰۰۰۰ سال، پروتون‌ها و الکترون‌ها شروع به جمع شدن کردند و گاز هیدروژن خنثی (و کمی هلیوم) را تشکیل دادند. بیشتر طول موج‌های نور می‌توانستند به این محیط خنثی نفوذ کنند، اما منابع نوری برای تولید آن بسیار کم بودند. اما از این هیدروژن و هلیوم، اولین ستاره ها متولد شدند.

اولین ستارگان تابش به اندازه کافی قوی بودند که الکترون ها را از هسته خود جدا کرده و گاز را دوباره یونیزه کند. با این حال، در این مرحله، جهان به قدری منبسط شده بود که گاز منتشر شده بود، و نمی توانست از تابش نور به بیرون جلوگیری کند. حدود ۱ میلیارد سال پس از انفجار بزرگ، پایان دوره ای که به عنوان طلوع کیهانی شناخته می شود، جهان به طور کامل دوباره یونیزه شد. تا-دا! چراغ ها روشن بود.

اما از آنجایی که تاریکی زیادی در سپیده دم کیهانی وجود دارد، و به دلیل اینکه در زمان و مکان بسیار تاریک و دور است، ما در دیدن آنچه در آنجا وجود دارد با مشکل مواجه شده ایم. دانشمندان فکر می کردند که منابع مسئول بیشتر پاکسازی باید قدرتمند بوده باشند – برای مثال سیاهچاله های عظیمی که برافزایش آنها نور شعله ور تولید می کند و کهکشان های بزرگ در هجوم شکل گیری ستارگان (ستاره های کوچک نور UV زیادی تولید می کنند).

JWST تا حدی برای نگاه کردن به سپیده دم کیهانی و تلاش برای دیدن آنچه در آن نهفته است طراحی شده است. این بسیار موفقیت آمیز بوده و انواع شگفتی ها را در مورد این زمان حیاتی در شکل گیری جهان ما آشکار کرده است. با کمال تعجب، مشاهدات تلسکوپ اکنون نشان می دهد که کهکشان های کوتوله بازیگر کلیدی در یونیزه شدن مجدد هستند.

یک تیم بین المللی به سرپرستی اخترفیزیکدان حکیم آتک از انستیتو اخترفیزیک پاریس به داده های JWST روی خوشه کهکشانی به نام آبل ۲۷۴۴ که توسط داده های هابل پشتیبانی می شود، روی آوردند. آبل ۲۷۴۴ به قدری متراکم است که فضا-زمان در اطراف آن می پیچد و یک عدسی کیهانی را تشکیل می دهد. هر نور دوری که از طریق آن فضا-زمان به ما سفر کند بزرگ‌نمایی می‌شود. این به محققان این امکان را داد که کهکشان های کوتوله کوچک را نزدیک به سپیده دم کیهانی ببینند.

سپس، آنها از JWST برای بدست آوردن طیف های دقیق از این کهکشان های کوچک استفاده کردند. تجزیه و تحلیل آنها نشان داد که این کهکشان های کوتوله نه تنها فراوان ترین نوع کهکشان در کیهان اولیه هستند، بلکه بسیار درخشان تر از حد انتظار هستند. در واقع، تحقیقات این تیم نشان می‌دهد که تعداد کهکشان‌های کوتوله از کهکشان‌های بزرگ ۱۰۰ به ۱ بیشتر است و خروجی جمعی آنها چهار برابر تشعشعات یونیزان است که معمولاً برای کهکشان‌های بزرگ‌تر در نظر گرفته می‌شود.

آتک گفت: این نیروگاه های کیهانی در مجموع بیش از اندازه کافی انرژی برای انجام کار ساطع می کنند. این کهکشان‌های کم‌جرم، علی‌رغم اندازه کوچک‌شان، تولیدکنندگان پرکار تشعشعات پرانرژی هستند و فراوانی آن‌ها در این دوره آنقدر قابل توجه است که تأثیر جمعی آن‌ها می‌تواند کل وضعیت کیهان را دگرگون کند.

این بهترین مدرکی است که تاکنون برای نیروی یونیزه شدن مجدد وجود دارد، اما کارهای بیشتری باید انجام شود. محققان به یک تکه کوچک از آسمان نگاه کردند. آنها باید مطمئن شوند که نمونه آنها فقط یک خوشه غیرعادی از کهکشان های کوتوله نیست، بلکه نمونه ای نماینده از کل جمعیت در سپیده دم کیهانی است.

Themiya Nanayakkara اخترفیزیکدان از دانشگاه فناوری Swinburne در استرالیا می گوید: «ما اکنون با JWST وارد قلمروی ناشناخته شده ایم.

‘این کار سوالات هیجان انگیزتری را به ما می گشاید که در تلاش برای ترسیم تاریخ تکاملی آغاز خود باید به آنها پاسخ دهیم.’

این تحقیق در Nature منتشر شده است.