دانشمندان ۱۳ میلیارد سال نوری دورتر از زمین چیزی غیرمنتظره کشف کردند

در کشفی غیرمنتظره دانشمندان در یک کهکشان دوردست از دوران اولیه‌ی کیهان که حدود ۱۳ میلیارد سال نوری با زمین فاصله دارد، موفق به شناسایی مولکول‌های آب شدند.

دوران آغازین کیهان سرشار از رمز و راز است اما گاهی اخترشناسان با نگاه کردن به کهکشان‌های دوردست و باستانی، اطلاعات شگفت‌انگیزی از گذشته‌ی کیهان به‌دست می‌آورند. اکنون یک کهکشان با نام SPT0311-58 ثابت کرد که آگاهی دانشمندان از دوران اولیه‌ی جهان چقدر کم است.

دانشمندان موفق شدند در این کهکشان دوردست که در فاصله‌ی ۱۲٫۸۸ میلیارد سال نوری از ما قرار دارد، آب کشف کنند. این دورترین تشخیص مولکول H2O در یک کهکشان ستاره‌ساز و جامع‌ترین نگاه به گاز مولکولی در اوایل شکل‌گیری کیهان است.

• ناسا برای نخستین بار در سطح آفتابی ماه آب کشف کرد

یافته‌های این تیم پژوهشی به‌تازگی در «استرونومیکال ژورنال» (Astronomical Journal) منتشر شده است. «سریوانی جاروگولا» (Sreevani Jarugula) ستاره‌شناس دانشگاه ایلینوی و نویسنده‌ی اصلی مقاله‌ی جدید، برای نخستین بار کهکشان SPT0311-58 را در سال ۲۰۱۷ مشاهده کرد و از میزان گردوغبار موجود در این کهکشان شگفت‌زده شد. او به همراه تیم پژوهشی تصمیم به شناسایی محتوای مولکولی کهکشان گرفت و بدین ترتیب این تیم هر دو مولکول آب و کربن مونو اکسید را در آن شناسایی کرد.

SPT0311-58 در واقع از یک جفت کهکشان تشکیل شده است که به‌نظر می‌رسد در حال ادغام هستند. جاروگولا گفت: «این کهکشان در واقع یک ساختار بسیار کشیده و توده‌ای است. در این کهکشان توده‌های زیادی وجود دارد و مانند یک کهکشان صاف نیست.»

تصویر رصدی زوج کهکشان SPT0311-58
Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO)

در تصویر گرفته شده از این جرم کیهانی، کهکشان روشن‌تر در سمت راست قرار دارد و شکلی شبیه به یک کمان دارد. با وجود فاصله‌ی بسیار زیاد، واضح به‌نظر می‌رسد زیرا نور آن از یک عدسی گرانشی گذشته است.

• حلقه‌ی درخشان اینشتین تصویر یک زایشگاه کیهانی اولیه را آشکار کرد

عدسی گرانشی بک اثر کیهانی است که مانند یک عدسی غول‌پیکر عمل بزرگنمایی اجرام کیهانی دیگر را انجام می‌دهد. هنگامی که یک جرم عظیم مانند ستاره یا کهکشان از جلوی یک جرم پس‌زمینه‌ای از دید ناظر می‌گذرد، نور منبع دور را تقویت و دچار اعوجاج می‌کند و آن را درخشان‌تر نشان می‌دهد. بدین ترتیب مولکول‌های موجود در کهکشان توسط این کهکشان دیگر بزرگ می‌شوند و رصد آن‌ها را آسان‌تر می‌کنند.

روش کشف آب

دانشمندان به این دلیل می‌توانند H2O را در این کهکشان دوردست شناسایی کنند که غبار کهکشان، تابش فرابنفش ستارگان را جذب می‌کنند و دوباره آن را به‌صورت فوتون‌های فروسرخ منتشر می‌سازد و باعث تحریک مولکول‌های آب و تابش آن‌ها می‌شود و درنتیجه دانشمندان می‌توانند آن‌ها را ببینند. در رصدها، مولکول‌های آب به رنگ آبی و کربن مونواکسید به رنگ بنفش دیده می‌شود.

هرچند آب سومین مولکول فراوان در کیهان پس از هیدروژن مولکولی و کربن مونواکسید است اما دانشمندان از دیدن مولکول‌های آب در دوران اولیه‌ی کیهان شگفت‌زده شدند.

ترکیبات گوناگون در رصدهای زوج کهکشان SPT0311-58
Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO)

نگاه به گذشته‌ی کیهان

این جفت کهکشان در دوره‌ای به نام عصر بازیونیزه شدن قرار دارند. این دوران پایان دوران تاریکی کیهان محسوب می‌شود و به دوره‌ای در جدول زمانی جهان اشاره دارد که هیدروژن خنثی دوباره یونیزه شد. پیش از این هیدروژن خنثی باعث شده بود تا فضای میان‌ستاره‌ای کدر و مانع از گسترش نور شود. دورانی که نشان‌دهنده‌ی شکل‌گیری نخستین کهکشان‌های بزرگ بود.

این دوره زمانی روی داد که کیهان تقریبا ۷۸۰ میلیون سال سن داشت، یعنی تنها پنج درصد از سن فعلی آن که دانشمندان آن را حدود ۱۳٫۸ میلیارد سال تخمین می‌زنند. اگر نخستین کهکشان‌ها تازه شروع به ظهور کرده بودند آخرین کشف دانشمندان را متحیر کرده است که چگونه این مولکول‌ها توانستند به این سرعت شکل بگیرند.

به گفته‌ی جاروگولا جمع شدن این میزان غبار و گاز در اوایل کیهان عجیب است. این غبار بیشتر از ستاره‌هایی است که در حال تپش هستند و لایه‌ی بیرونی غبار خود را به کهکشان می‌ریزند. او افزود: «بنابراین تولید این همه غبار به وجود شمار زیادی ستاره نیاز دارد.»

ادامه‌ی پژوهش‌ها

دانشمندان درباره‌ی منشأ گردوغبار این کهکشان یا ستاره‌های اولیه‌ای که ممکن است آن را ایجاد کرده باشند، مطمئن نیستند. به گفته‌ی جاروگولا این کهکشان‌های باستانی ستاره‌هایی را با سرعتی هزاران برابر کهکشان راه تشکیل داده‌اند.

بنابراین مطالعه‌ی کهکشان‌های دوردست به دانشمندان نشان می‌دهد که چه تعداد ستاره در حال شکل‌گیری هستند و گاز در کهکشان‌های اولیه با چه سرعتی به ستاره تبدیل شده است. با مشاهده‌ی این کهکشان‌ها دانشمندان می‌توانند مدل‌های خود از جهان اولیه را بهبود ببخشند و خواص آن را دقیق‌تر تعیین کنند.

جاروگولا گفت: «بنابراین یک کهکشان به این پرسش پاسخ نمی‌دهد. مجموعه‌ای از کهکشان‌ها نیاز است که در محدود کردن قیدهای چنین مدل‌هایی و پاسخ دادن به فیزیک شرایط جهان اولیه، سودمند خواهند بود.»

عکس کاور: طرحی گرافیکی از زوج کهکشان دوردست که در آن‌ها آب کشف شده است.
Credit: NRAO/AUI/NSF; D. Berry

منبع: Inverse