بر اساس دادههای تلسکوپهای فضایی هابل و جیمز وب، منبع اصلی فوتونهای آزاد در نخستین لحظات سپیدهدم کیهانی، که مه غلیظ هیدروژن را از فضای میانکهکشانی پاک کردند، کهکشانهای کوتولهای بودند که بهطور ناگهانی روشن شدند و جهان را نورانی کردند. این یافته در مقالهای در بهمن ۱۴۰۳ منتشر شده است.
به گفتهی دکتر «ایرینا چمرینسکا»، اخترفیزیکدان مؤسسه اخترفیزیک پاریس:
«این کشف نقش حیاتی کهکشانهای فوقالعاده کمنور را در تکامل جهان اولیه روشن میکند. این کهکشانها فوتونهای یونیزهکنندهای تولید میکنند که هیدروژن خنثی را طی دورهی یونیزاسیون مجدد به پلاسمای یونیزه تبدیل میکند. این یافته اهمیت درک کهکشانهای کمجرم را در شکلگیری تاریخ کیهان نشان میدهد.»
در آغاز جهان، تنها چند دقیقه پس از مهبانگ، فضا از مه داغ و چگالی از پلاسما (ذرات باردار) پر شده بود. هر نوری که در این دوره وجود داشت، بهدلیل پراکندگی توسط الکترونهای آزاد، نمیتوانست از این مه عبور کند؛ بنابراین، جهان در تاریکی فرو رفته بود.
پس از حدود ۳۰۰٬۰۰۰ سال، با سرد شدن جهان، پروتونها و الکترونها به هم پیوسته و اتمهای هیدروژن (و مقدار اندکی هلیوم) خنثی تشکیل دادند. این محیط نسبت به نور شفافتر بود، اما منابع نور بسیار اندکی وجود داشت. با این حال، از دل همین گازها، نخستین ستارگان متولد شدند.
این ستارگان اولیه، تابشی چنان نیرومند گسیل کردند که توانست الکترونها را از هستههایشان جدا کند و گاز را دوباره یونیزه سازد. در آن زمان، جهان آنقدر منبسط شده بود که گازهای موجود رقیق شده و دیگر مانعی برای عبور نور نبودند.
تا حدود یک میلیارد سال پس از مهبانگ – در پایان دورهای موسوم به سپیدهدم کیهانی – جهان بهطور کامل دوباره یونیزه شده بود. به بیان ساده: چراغها روشن شدند.
اما از آنجا که این دوره تاریک و مبهم است و میلیاردها سال نوری از ما فاصله دارد، مشاهدهی مستقیم آن بسیار دشوار بوده است. دانشمندان گمان میکردند منابع مسئول این تغییر باید بسیار نیرومند باشند – مثلاً سیاهچالههای عظیم با دیسکهای درخشانی از مادهی در حال بلع، یا کهکشانهای بزرگ در حال انفجار ستارهزایی که پرتوهای فرابنفش شدیدی ساطع میکنند.
یکی از اهداف طراحی تلسکوپ جیمز وب مشاهدهی این دوران مبهم بود – و تاکنون بسیار موفق عمل کرده است. برخلاف انتظار، مشاهدات جدید وب نشان میدهد که این کهکشانهای کوچک (کوتوله) هستند که نقش اصلی را در یونیزهسازی جهان ایفا کردهاند.
(حکیم آتک / دانشگاه سوربن / تلسکوپ فضایی جیمز وب)
تیمی بینالمللی به رهبری دکتر «حکیم آتک» از مؤسسه اخترفیزیک پاریس، دادههای جیمز وب از خوشهی کهکشانی Abell 2744 را بررسی کردند که با دادههای هابل پشتیبانی شده است. این خوشه چنان متراکم است که فضا-زمان اطرافش خم شده و نقش یک لنز کیهانی را ایفا میکند. این عدسی کیهانی نور کهکشانهای دور را بزرگنمایی کرده و به دانشمندان امکان داد تا کهکشانهای کوتولهی بسیار دور – نزدیک به سپیدهدم کیهانی – را مشاهده کنند.
سپس با استفاده از وب، طیفنگاری دقیقی از این کهکشانهای کوچک انجام شد. نتایج نشان داد که نهتنها این کهکشانها فراوانترین نوع کهکشان در آن زمان بودهاند، بلکه بسیار درخشانتر از حد انتظار هستند. در واقع، پژوهش تیم نشان میدهد که تعداد کهکشانهای کوتوله ۱۰۰ برابر بیشتر از کهکشانهای بزرگ بوده است، و تابش یونیزهکنندهی آنها چهار برابر بیشتر از مجموع تابش مورد انتظار از کهکشانهای بزرگ است.
آتک میگوید:
«این نیروگاههای کوچک کیهانی در مجموع انرژی کافی برای انجام این تحول بزرگ را تولید میکنند. با وجود اندازهی کوچکشان، این کهکشانهای کمجرم منابع عظیمی از تابش پرانرژی هستند، و فراوانی چشمگیر آنها در آن دوران میتواند وضعیت کل جهان را دگرگون سازد.»
(ناسا، آژانس فضایی اروپا، آژانس فضایی کانادا، آی. لبه / دانشگاه فناوری سوینبرن، آر. بزانسن / دانشگاه پیتزبورگ، آ. پگان / مؤسسه علوم تلسکوپ فضایی)
این دقیقترین مدرک تاکنون دربارهی عامل یونیزهسازی جهان است، اما پژوهشها هنوز ادامه دارد. این مطالعه تنها بر بخشی کوچک از آسمان متمرکز بوده و پژوهشگران باید بررسی کنند که آیا این نمونه، نمایندهی واقعی جمعیت کهکشانی در سپیدهدم کیهانی است یا فقط یک خوشهی غیرعادی است.
آنها قصد دارند نواحی بیشتری از آسمان را که دارای لنزهای کیهانی هستند بررسی کنند تا نمای جامعتری از جمعیت کهکشانهای اولیه به دست آورند. حتی همین یک نمونه هم نتایجی بسیار هیجانانگیز داشته است. دانشمندان سالها در پی پاسخ این راز بودهاند، و اکنون در آستانهی شکافتن مه کیهانی قرار داریم.
دکتر «تمیا نانایاکارا» از دانشگاه فناوری سوینبرن استرالیا میگوید:
«اکنون با تلسکوپ جیمز وب وارد قلمرویی ناشناخته شدهایم. این پژوهش پرسشهای هیجانانگیز بیشتری را پیش روی ما قرار میدهد که باید در مسیر ترسیم تاریخ تحول آغازینمان به آنها پاسخ دهیم.»
این پژوهش در نشریهی معتبر Nature منتشر شده است.
نسخهای از این مقاله در اسفند ۱۴۰۳ بهصورت عمومی منتشر شد.
