نخستین ستارگان از آنچه پنداشته می‌شد هم دیرتر پدید آمدند
بر پایه‌ی داده‌های تازه‌ی ماهواره‌ی پلانک سازمان فضایی اروپا (ESA)، پیدایش نخستین ستارگان کیهان دیرتر از چیزی که مشاهدات پیشین از تابش زمینه‌ی ریزموج کیهان نشان می‌دادند آغاز شد. این پژوهش تازه همچنین نشان می‌دهد که این ستارگان تنها سرچشمه‌ی باز-یونشِ اتم‌های کیهان بوده و تا زمان ۷۰۰ میلیون سالگی کیهان، نیمی از این فرآیند را کامل کرده بودند.
 |
| بازیونش کیهان (Cosmic reionisation) در جدول زمانی کیهان. تصویر بزرگ‌تر |
امروزه با انبوه ستارگان و کهکشان‌هایی که در جای جای کیهان دیده می‌شود، به سختی می‌توان تصور کرد که جهان هستی در ۱۳.۸ میلیارد سال پیش، زمانی که تنها چند ثانیه از عمرش گذشته بود چقدر متفاوت بوده. در آن روزهای نخست، کیهان انباشته از یک سوپ آغازین داغ و چگال از ذرات -به طور عمده الکترون، پروتون، نوترینو، و فوتون (ذرات نور)- بوده است.
کیهان در چنین محیط چگالی مانند یک مه "کدر" و مات بود که ذرات نور نمی‌توانستند برای برخورد به الکترون‌ها، مسافت چندانی را در آن جابجا شوند.
هر چه کیهان بیشتر گسترش می‌یافت خنک‌تر و ُتنُک‌تر می‌شد تا این که سرانجام پس از ۳۸۰ هزار سال، "نورگذران" (شفاف) شد. در آن زمان، برخوردهایی بی‌اندازه پراکنده و اندک میان ذرات وجود داشت و فوتون‌ها توانستند آزادانه از این سو به آن سوی کیهان بروند [به اصطلاح، نور آزاد شد-م].
 |
| خلاصه‌ای از تاریخ تقریبا ۱۴ میلیاردساله‌ی کیهان که به ویژه رویدادهایی را نشان می‌دهد که تابش پس‌زمینه‌ی ریزموج کیهان یا CMB در آنها نقش داشته. تصویر بزرگ‌تر |
امروزه تلسکوپ‌هایی مانند پلانک می‌توانند این نور باستانی که به نام زمینه‌ی ریزموج کیهان (CMB) شناخته می‌شود را در سرتاسر آسمان ببینند. در پراکندگی این نور در آسمان نوسان‌های کوچکی دیده می‌شود که گنجینه‌ای از اطلاعات درباره‌ی تاریخ، همنهش، و هندسه‌ی ساختار کیهان در خود دارند.
آزادی CMB زمانی رخ داد که الکترون‌ها و پروتون‌ها به هم پیوستند و اتم‌های هیدروژن را ساختند. این نخستین لحظه در تاریخ کیهان بود که ماده وارد حالت خنثای الکتریکی شد.
پس از آن، چند صد میلیون سال دیگر گذشت تا اتم‌ها توانستند گرد هم آیند و سرانجام نخستین ستارگان کیهان را بسازند.
این ستارگان با پیدایش خود، محیطشان را غرق در نور کردند و این نور هم سپس اتم‌های خنثی را از هم جدا کرد و دوباره به ذرات سازنده‌شان تجزیه کرد: الکترون‌ها و پروتون‌ها. دانشمندان این دوره را "روزگار باز-یونش" (یونش دوباره، Cosmic reionization) می‌نامند. مدت چندانی نگذشت تا بیشتر ماده‌ی درون کیهان کامل یونیده شود، و از آن هنگام تاکنون -به جز در جاهای جداافتاده و منزوی که بسیار کم هم هستند- شرایط همانگونه باقی مانده. [بخوانید: * ساخته شدن جهان کمی بیش از ۶ روز طول کشید]
رصد کهکشان‌های بسیار دوردستی که میزبان سیاهچاله‌های ابرپرجرم هستند نشان می‌دهد که جهان هستی در زمان ۹۰۰ میلیون سالگی به طور کامل باز-یونش یافت (دوباره یونیده شد). با این حال، شناسایی نقطه‌ی آغاز این فرآیند بسیار سخت‌تر بوده و در این چند سال گذشته به شدت مورد بحث و گفتگو بوده است.
یان تاوبر، دانشمند پروژه‌ی پلانک از سازمان فضایی اروپا (ESA) می‌گوید: «زمینه‌ی ریزموج کیهان می‌تواند زمان آغاز فرایند بازیونش را به ما بگوید که آن هم به نوبه‌ی خود می‌تواند زمان شکل‌گیری نخستین ستارگان کیهان را نشان دهد.»
دانشمندان در این پژوهش از این واقعیت بهره گرفتند که کسری از تابش زمینه قطبیده است: بخشی از این نور در یک راستای ترجیحی نوسان می‌کند. این قطبش دستاورد برخورد فوتون‌های تابش زمینه به الکترون‌ها و جهش از روی آنهاست، چیزی که در سوپ آغازین (پیش از آزاد شدن CMB)، و سپس در دوره‌ی بازیونش (زمانی که نخستین ستارگان دوباره الکترون‌ها را به صحنه‌ی کیهان برگرداندند) بسیار رخ می‌داده.
تاوبر می‌گوید: «در همین نوسان‌های ریزِ قطبش تابش زمینه است که می‌توانیم نفوذ فرآیند بازیونش را ببینیم و از روی آن به زمان آغازَش پی ببریم.»
 |
| قطبیدگی تابش زمینه‌ی ریزموج کیهانی یا CMB از چشم ماهواره‌ی پلانک. تصویر بزرگ‌تر |
در سال ۲۰۰۳، کاوشگر ناهمسانگرد ریزموجی ویلکینسون ناسا (دبلیومپ، WMAP) یک برآورد نخست از دوران بازیونش انجام داد که بر پایه‌ی آن، این فرآیند احتمالا در آغاز تاریخ کیهان شروع شده بوده، زمانی که کیهان تنها دویست-سیصد میلیون ساله بود. این نتیجه‌ی گیج‌کننده و مشکل‌سازی بود زیرا هیچ شواهدی از این که ستارگان در آن زمان شکل گرفته بودند در دست نداریم، که بنابراین می‌بایست به دنبال چشمه‌های ناشناخته‌ی دیگری به جز ستارگان برای آغاز بازیونش در آن زمان بگردیم.»
به زودی با داده‌های بعدی دبلیومپ، برآورد سال ۲۰۰۳ اصلاح شد و زمان آغاز بازیونش را جلوتر آورد، که نشان می‌داد کیهان تا دستکم ۴۵۰ میلیون سال پس از مهبانگ هنوز چندان باز-یونیده نشده بوده.
این خوب بود ولی به طور کامل چیستان را حل نکرد: گرچه آن مشاهدات نشان می‌داد که نخستین ستارگان در ۳۰۰-۴۰۰ میلیون سالگی کیهان وجود داشتند، ولی روشن نبود که آیا این ستارگان سرچشمه‌های اصلی بازیونشِ کاملِ کیهان بودند یا چشمه‌های ناشناخته‌ی دیگری هم در این فرآیند نقش داشتند.
در سال ۲۰۱۵، گروه پلانک داده‌های تازه‌ای برای رویارویی با این مشکل فراهم کرد، که دوران بازیونش را جلوتر آورد، و نشان داد که در زمان حدود ۵۵۰ میلیون سالگی کیهان، تقریبا نیمی از این فرآیند انجام شده بوده. این یافته‌ها بر پایه‌ی نخستین نقشه‌های سرتاسری پلانک از قطبش تابش زمینه بود که با "دستگاه بسامد پایین" آن (LFI) به دست آمد.
اکنون، بررسی تازه‌ای که روی داده‌های آشکارساز دیگرِ فضاپیمای پلانک ("دستگاه بسامد بالا" یا HFI که نسبت به این پدیده حس‌مندتر از دستگاه‌های دیگر است) انجام شده نشان می‌دهد که بازیونش از آن هم دیرتر آغاز شده بوده- بسیار دیرتر از چیزی که همه‌ی داده‌های پیشین نشان می‌دادند.
ژان-لو پوژه از بنیاد اخترفیزیک فضایی در اورسی فرانسه، و پژوهشگر اصلی دستگاه HFI می‌گوید: «سنجش‌های بسیار دقیق ما به روشنی نشان داده که بازیونش یک فرآیند بسیار سریع بوده است که به نسبت دیر آغاز شده و تا حدود ۷۰۰ میلیون سالگی کیهان، نیمی از آن را بازیونیده بوده است [دیر آغاز شد ولی زود و سریع به انجام رسید- م].»
وی می‌افزاید: «اکنون به کمک این داده‌ها می‌توانیم آغاز گام بازیونش را شبیه‌سازی کنیم.»
متیو تریسترام، دانشمند گروه پلانک در آزمایشگاه شتابدهنده‌ی خطی در اورسی فرانسه نیز می‌گوید: «ما این را هم نشان داده‌ایم که آغاز شدن بازیونش کیهان به جز نخستین ستارگان، به هیچ عامل دیگری نیاز نداشته.»
این پژوهش تازه پیدایش نخستین ستارگان در جدول زمانی کیهان را بسیار جلوتر (دیرتر) می‌آورد، و این نشان می‌دهد که نخستین نسل کهکشان‌ها به خوبی در دیدرس دستگاه‌های اخترشناسی آینده، و چه بسا شماری از تلسکوپ‌های امروزی هستند.
در واقع این احتمال هست که هم‌اکنون هم برخی از نخستین کهکشان‌ها با نوردهی‌های بلند دیده شده باشند، مانند زمینه‌ی فراژرف هابل (Hubble Ultra Deep Field) که با تلسکوپ فضایی هابل ناسا به دست آمد، و انتظار می‌رود بسیاری دیگر نیز به کمک رصدخانه‌های آینده مانند تلسکوپ فضایی جیمز وبِ NASA/ESA/CSA شناسایی شوند.
--------------------------------------------
به کانال تلگرام یک ستاره در هفت آسمان بپیوندید:
واژه نامه:
ESA - Planck satellite - Cosmic Microwave Background - star - reionision - atom - galaxy - electron - proton - neutrino - photon - transparent - fossil - CMB - hydrogen - electrically neutral - reionisation - ionise - supermassive black hole - Jan Tauber - polarise - primordial soup - NASA - Wilkinson Microwave Anisotropy Probe - WMAP - Planck Collaboration - polarisation - Low-Frequency Instrument - LFI - High-Frequency Instrument - HFI - Jean-Loup Puget - Institut d'Astrophysique Spatiale - Orsay - France - Matthieu Tristram - Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire - Hubble Ultra Deep Field - Hubble Space Telescope - CSA - James Webb Space Telescope
منبع: ESA
برگردان: یک ستاره در هفت آسمان
0 دیدگاه شما:
پست کردن نظر