این سؤالات شامل موضوعاتی است که از زمان عمیق‌ترین مشاهده‌های تلسکوپ فضایی هابل (HST) ذهن دانشمندان را به خود مشغول کرده است: اختلاف هابل، چگونگی شکل‌گیری نخستین ستارگان و کهکشان‌ها، چگونگی تشکیل سیستم‌های سیاره‌ای، و زمان ظهور نخستین سیاه‌چاله‌ها.
به‌ویژه، هابل در سال ۱۳۸۱ هنگام مشاهده ستاره‌ای تقریباً به قدمت جهان، کشف جالبی انجام داد. سیاره‌ای عظیم که به دور این ستاره باستانی می‌چرخید، وجود داشت که با مدل‌های پذیرفته‌شده‌ی تشکیل سیاره مغایرت داشت؛ زیرا ستارگان در جهان اولیه زمان کافی برای تولید عناصر سنگین جهت تشکیل سیاره نداشتند.
اخیراً، تیمی بین‌المللی از دانشمندان با استفاده از مشاهدات وب اعلام کردند که ممکن است این معما را حل کرده باشند. آن‌ها با مشاهده ستارگانی در ابر کوچک ماژلانی، که مقادیر زیادی عناصر سنگین ندارد، دیسک‌های پیش‌سیاره‌ای را یافتند که طول عمر بیشتری نسبت به دیسک‌های مشاهده‌شده در ستارگان جوان کهکشان راه شیری داشتند.
تیم بین‌المللی به رهبری گیدو دی مارک: همکاری و نوآوری در سطح جهانی
این مطالعه به سرپرستی دکتر گیدو دی مارکی، ستاره‌شناس مرکز تحقیقات فضایی اروپا (ESTEC) در هلند انجام شد. دیگر پژوهشگران از مؤسسات مختلفی نظیر رصدخانه رم، انستیتوی علوم تلسکوپ فضایی، رصدخانه جمنای، مرکز فناوری نجوم بریتانیا، و ناسا در این مطالعه مشارکت داشتند. مقاله این پژوهش در تاریخ ۲۶ آذر در ژورنال اخترفیزیک منتشر شد.
اعتبار: ناسا/اسا/CSA/STScI/اولیویا سی. جونز (UK ATC)/گویدو د مارچ (ESTEC)/مارگارت مکسینر (USRA)
ستارگان نسل‌های اولیه و چگونگی پیدایش سیاره‌ها
طبق مدل‌های کیهان‌شناسی، نخستین ستارگان جهان (ستارگان جمعیت III) حدود ۱۳.۷ میلیارد سال پیش، چندصد میلیون سال پس از بیگ‌بنگ، شکل گرفتند. این ستارگان بسیار داغ، درخشان، پرجرم، کوتاه‌عمر، و از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده بودند. عناصر سنگین‌تر در هسته این ستارگان تولید شدند و پس از انفجار آن‌ها به صورت ابرنواختر، به شکل‌گیری نسل بعدی ستارگان کمک کردند.
این نسل‌های بعدی (ستارگان جمعیت II) از گاز و غبار به وجود آمدند و پس از فروپاشی گرانشی، دیسک‌های پیش‌سیاره‌ای اطراف آن‌ها شکل گرفت. وجود عناصر سنگین مانند کربن، اکسیژن، سیلیکا و آهن به تشکیل سیاره‌ها کمک کرد.
کشف هابل و دیسک‌های طولانی‌عمر وب: سفری به اعماق علم و فناوری
کشف هابل از سیاره‌ای عظیم (۲.۵ برابر جرم مشتری) در نزدیکی ستاره‌ای که تنها یک میلیارد سال پس از بیگ‌بنگ وجود داشت، دانشمندان را سردرگم کرد. این یافته نشان می‌داد که تشکیل سیاره‌ها در جهان اولیه آغاز شده است و برخی سیاره‌ها توانسته‌اند به جرم زیادی برسند.
برای بررسی این موضوع، تیم پژوهشی از وب برای مشاهده خوشه ستاره‌ای NGC 346 در ابر کوچک ماژلانی استفاده کردند. این خوشه دارای مقادیر کمی از عناصر سنگین است و شرایط جهان اولیه را شبیه‌سازی می‌کند. مشاهدات هابل پیش‌تر نشان داده بود که بسیاری از ستارگان جوان در این خوشه هنوز دیسک‌های پیش‌سیاره‌ای دارند، حتی با وجود اینکه تصور می‌شد این دیسک‌ها پس از ۲ تا ۳ میلیون سال از بین می‌روند.
با استفاده از وضوح بالا و طیف‌سنج‌های پیشرفته وب، پژوهشگران توانستند برای اولین‌بار طیف‌هایی از ستارگان جوان مشابه خورشید و محیط اطراف آن‌ها را در کهکشانی نزدیک ثبت کنند. گیدو دی مارکی بیان کرد:
«یافته‌های هابل بحث‌برانگیز بود و نه‌تنها با شواهد تجربی کهکشان ما بلکه با مدل‌های فعلی هم مغایرت داشت. اما بدون طیف‌سنجی، نمی‌توانستیم ثابت کنیم که این دیسک‌ها واقعی هستند.»
مشاهدات وب نشان داد که این ستارگان واقعاً توسط دیسک‌ها احاطه شده‌اند و همچنان در حال جذب ماده هستند، حتی در سن نسبتاً زیاد ۲۰ تا ۳۰ میلیون سال.
نتایج و نظریه‌های جدید: کاوش در افق‌های نوین دانش
اعتبار: ناسا/ایسا/CSA/STScI/اولیویا سی. جونز (UK ATC)/گویدو دی مارکی (ESTEC)/مارگارت مایکسنر (USRA)/آنتونلا نوتا (ESA).
این یافته‌ها نشان می‌دهد که دیسک‌هایی با مقدار کم عناصر سنگین ممکن است دوام بیشتری داشته باشند. دو مکانیسم برای این موضوع پیشنهاد شده است:
- فشار تابشی ستاره ممکن است تنها زمانی مؤثر باشد که عناصر سنگین‌تر به اندازه کافی در دیسک وجود داشته باشند.
- در غیاب عناصر سنگین، ستاره‌ای شبیه خورشید ممکن است از ابری بزرگ‌تر شکل بگیرد و دیسک بزرگ‌تری تولید کند که مدت بیشتری طول می‌کشد تا تابش ستاره‌ای آن را پراکنده کند.
این نتایج باعث می‌شود نظریه‌های تشکیل سیاره و تکامل اولیه در جهان جوان بازبینی شوند. تلسکوپ وب، همان‌طور که طراحی شده بود، با ایجاد تغییر در نظریه‌های پذیرفته‌شده، به دانشمندان کمک می‌کند دیدگاه جدیدی نسبت به کیهان پیدا کنند.
