برای نخستین بار روند ساخته شدن یک کهکشان در آغاز کیهان دیده شد

* دانشمندان توانسته اند به کمک آرایه ی بزرگ میلیمتری/زیرمیلیمتری آتاکاما (آلما، ALMA)، دورترین ابرهای گازی ستاره زا را در کهکشان های معمولیِ کیهانِ آغازین شناسایی کنند.

این نماهای تازه به اخترشناسان اجازه می دهد تا به چگونگی ساخته شدن نخستین کهکشان ها و این که چگونه در دوران باز-یونش (reionisation) بر مِه کیهانی نور افشاندند و جهان هستی را روشن کردند پی ببرند. این نخستین بارست که این گونه کهکشان ها به شکل چیزی بیش از توده هایی محو و کم نور دیده می شوند.

این نما از همگذاری تصاویر آرایه ی آلما و تلسکوپ وی‌ای‌تی درست شده. جرمی که در مرکز دیده می شود یک کهکشان بسیار دوردست با نام BDF 3299 است که ما آن را در زمان ۸۰۰ میلیون سالگی کیهان می بینیم. ابر سرخ درخشانی که درست پایین سمت چپش دیده می شود یک ابر گسترده از مواد است که آلما شناسایی کرده و دارد در فرایند شکل گیری این کهکشان بسیار جوان همکاری می کند. تصویر بزرگ تر. اندازه های دیگر را از این پیوند دریافت کنید.

چند صد میلیون سال پس از مهبانگ، زمانی که نخستین کهکشان ها آغاز به شکل گیری کردند، جهان هستی انباشته از مه گاز هیدروژن بود. ولی با تابش روزافزون چشمه های درخشان (ستارگان و اختروش هایی که از ابَرسیاهچاله ها نیرو می گرفتند)، این مه هم سرانجام کنار رفت و کیهان برای پرتوی فرابنفش گذراتر (شفاف تر) شد [۱]. اخترشناسان این دوره را دوران باز-یونش می خوانند. گرچه آگاهی چندانی درباره ی آن نخستین کهکشان ها دردست نیست و تاکنون هر چه از آن ها دیده شده به شکل توده هایی محو و کم نور بوده، ولی اکنون با مشاهدات تازه ای که به کمک آلمای پرتوان انجام شده، این روند رو به تغییر گذاشته است. [درین زمینه بیشتر بخوانید: * ساخته شدن جهان کمی بیش از ۶ روز طول کشید]

یک گروه از اخترشناسان به رهبری روبرتو مایولینو (از آزمایشگاه کاوندیش و بنیاد کیهان شناسی کاولی، دانشگاه کمبریج بریتانیا) آرایه ی آلما را رو به کهکشان هایی تنظیم کردند که می دانستند نورشان از روزگاری دور، تنها ۸۰۰ میلیون سال پس از مهبانگ دارد به ما می رسد [۲]. این دانشمندان در جستجوی نور ستارگان نبودند، بلکه در پی یافتن تابش کم‎سوی کربن یونیده ای بودند [۳] که از ابرهای گازیِ زاینده ی ستارگان می تابید. آن ها می خواستند بر هم کنش میان نسل تازه ای از ستارگان و توده های سردی را بررسی کنند که داشتند انباشته شده و این نخستین کهکشان ها را می ساختند.

آن ها همچنین به دنبال یافتن اجرام بی‌اندازه درخشان کمیاب -مانند اختروش ها و کهکشان هایی با نرخ بسیار بالای ستاره زایی- که تاکنون در آن روزگار دیده شده هم نبودند. بلکه بر جستجوی کهکشان های کمتر چشمگیر، ولی بسیار فراوان تری تمرکز کردند که کیهان را باز-یونیدند و روند تبدیل شدن به کهکشان هایی که امروزه پیرامون خود می بینیم را آغاز کردند.

آلما توانست از یکی از کهکشان ها با عنوان BDF 3299، سیگنال ضعیف ولی آشکار کربن برافروخته را دریافت کند. ولی این تابش نه از مرکز کهکشان، بلکه از یک گوشه ی آن سرچشمه گرفته بود.

یکی از نویسندگان این پژوهش، آندره‌آ فررا (دانشگاه نرماله سوپریوره، پیزای ایتالیا) درباره ی اهمیت این یافته های تازه چنین می گوید: «این دورترین فاصله ایست که تاکنون این تابش را از یک کهکشان "معمولی" دریافت کرده ایم، [که زمانش] به کمتر از یک میلیارد سال پس از مهبانگ می رسد. این به ما شانس تماشای ساخت و ساز نخستین کهکشان ها را می دهد. ما برای نخستین بار کهکشان های آغازین را نه به شکلِ تنها توده هایی کوچک، بلکه همچون اجرامی با ساختار درونی می بینیم!»

این نما از همگذاری تصاویر آرایه ی آلما و تلسکوپ وی‌‌ال‌تی درست شده. جرمی که در مرکز دیده می شود یک کهکشان بسیار دوردست با نام BDF 3299 است که ما آن را در زمان ۸۰۰ میلیون سالگی کیهان می بینیم. ابر سرخ درخشانی که درست پایین سمت چپش دیده می شود یک ابر گسترده از مواد است که آلما شناسایی کرده و دارد در فرایند شکل گیری این کهکشان بسیار جوان همکاری می کند. تصویر بزرگ تر. اندازه های دیگر را از این پیوند دریافت کنید.

به گمان اخترشناسان، دلیل این که این تابش از یک سمت کهکشان می آید نه از مرکز آن، اینست که ابرهای مرکزی دارند در اثر شرایط خشنی که ستارگانِ تازه پدید آورده اند -هم با پرتوهای شدید آن ها و هم با انفجارهای ابرنواختر- از هم می پاشند، در حالی که تابش کربن از گاز تازه و سردی تابیده که از برافزایش مواد میان-کهکشانی پدید آمده.

با آمیختن داده های رصدی آلما با شبیه سازی های رایانه ای، شناخت دقیق فرآیندهای کلیدی‌ای که درون نخستین کهکشان های کیهان رخ می داد امکان پذیر شد. اکنون دانشمندان می توانستند تاثیر پرتوهای ستارگان، پایداری (بقای) ابرهای مولکولی، گریز تابش یونَنده (یونیده کننده) و ساختار پیچیده ی محیط میان ستاره ای را محاسبه کرده و آن ها را با مشاهدات بسنجند. BDF 3299 به احتمال بسیار یک نمونه ی معمولی از کهکشان هاییست که در فرآیند باز-یونش کیهان نقش داشتند.

آندره‌آ فررا می افزاید: «ما سال هاست که در تلاش برای شناخت محیط میان ستاره ای و پیدایش چشمه های باز-یونش بوده ایم. این که سرانجام بتوانیم پیش بینی ها و انگاره هایمان را با داده های واقعی آلما بیازماییم تجربه ای هیجان انگیزست و مجموعه ی تازه ای از پرسش ها را پیش می آورد. این گونه رصدها بسیاری از پرسش های آزاردهنده ای که درباره ی پیدایش نخستین ستارگان و کهکشان های کیهان داشته ایم را پاسخ می دهد.»

روبرتو مایولینو هم در پایان می گوید: «این بررسی بدون آلما به هیچ وجه امکان نداشت، زیرا هیچ دستگاه دیگری نمی توانست به حس‌مندی و واگشود فضایی (وضوح فضایی، تفکیک پذیری زاویه ای) که برای این پژوهش نیاز بود دست یابد. اگرچه این یکی از ژرف ترین رصدهای آلما تا این زمان است ولی هنوز هم دور از بیشینه ی توانمندی های آن است. آلما در آینده از ساختارهای ریزِ درون کهکشان های باستانی عکس خواهد گرفت و روند ساخته شدن نخستین کهکشان ها را با جزییات دنبال خواهد کرد.»

----------------------------------------

یادداشت ها:

۱] گاز هیدروژن خنثا به گونه ی بسیار کارآمدی همه ی پرتوهای پرانرژی فرابنفشی که از ستارگان داغ و جوان تابیده می شود را درمی آشامد (جذب می کند). در نتیجه، رصد این ستارگان در کیهان آغازین تقریبا ناشدنی است. در همان زمان، پرتوی فرابنفشی که درآشامیده شده، هیدروژن را یونیده می کند و آن را کاملا گذرا یا شفاف می سازد، بنابراین این ستارگان داغ حباب هایی شفاف در گاز پدید می آورند و هنگامی که همه ی این حباب ها به هم پیوستند و همه ی فضا را پر کردند، باز-یونش کامل می شود و جهان هستی برای نور، گذرا (شفاف) می شود.

۲] سرخگرایی یا انتقال به سرخ آن ها از ۶.۸ تا ۷.۱ بود.

۳] دلیل علاقه ی ویژه ی اخترشناسان به کربن یونیده اینست که خط طیفی ویژه ی آن بیشتر انرژیِ پس زده شده از ستارگان را با خود می برد و به اخترشناسان اجازه می دهد رد گازهای سردی که ستارگان از آن ها ساخته می شوند را دنبال کنند. دقیق تر بگوییم، این دانشمندان داشتند به دنبال پرتویی می گشتند که از کربن یک بار یونیده (C II) تابیده باشد. طول موج این پرتو در آغاز  ۱۵۸ میکرون است ولی به دلیل گسترش (انبساط) فضا دچار سرخگرایی شده و با طول موجی نزدیک به ۱.۳ میلیمتر به زمین می رسد.

واژه نامه:

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array - ALMA - galaxy - reionisation - Big Bang - hydrogen - black hole - ultraviolet - Roberto Maiolino - Cavendish Laboratory - Kavli Institute for Cosmology - University of Cambridge - star - ionised - carbon - quasar - star formation - BDF 3299 - Andrea Ferrara - Scuola Normale Superiore - supernova - intergalactic medium - computer simulation - spatial resolution - molecular cloud - interstellar medium - redshift - C II - wavelength -

منبع: رصدخانه ی جنوبی اروپا (ESO)

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان