رصد “دیسک کهکشانی” در نخستین دوران کیهان

اخترشناسان با استفاده از آرایه تلسکوپی آلما، یک کهکشان از دوران نخستین کیهان را رصد کردند. این‌ کهکشان که با نام علمی DLA0817g و لقب «دیسک ولف» شناخته می‌شود، یک کهکشان سرد، چرخان و غنی از گاز است و ۱۲.۵ میلیارد سال نوری از زمین فاصله دارد. یعنی زمانی که جهان تنها ۱۰ درصدِ سن فعلی‌اش را داشت.

image e DLAg

تصویری هنری از کهکشان DLA0817g

این کهکشان جرمی حدود ۷۲ برابر جرم خورشید دارد و نخستین دیسک چرخانی است که اخترشناسان موفق به کشف آن شده‌اند. این کهکشان دورانی از تاریخچه خود را نشان می‌دهد که تنها ۱.۵ میلیارد سال پس از بیگ بنگ گذشته است. کیهان ۱۳.۸ میلیارد سال پیش، متولد شد و به تدریج ستاره‌ها و نخستین کهکشان‌ها شکل گرفتند. اخترشناسان کماکان به دنبال حل این معما هستند که این اتفاق چگونه و چه زمانی به وقوع پیوست. کهکشانی که تازه کشف شده می‌تواند نکات ارزنده‌ای را در اختیار دانشمندان بگذارد.

کهکشان‌ها، سیستم‌های به هم‌پیوستۀ گرانشی عظیمی هستند که از ستارگان، غبار، گاز و ماده تاریک نامرئی تشکیل شده‌اند. درک نحوۀ شکل‌گیری و رشد کهکشان‌ها در طول زمان برای نگرشی کلی از نحوۀ گرد هم آمدن ماده به شکل ِ چنین ساختارهایی ضروری است. برای این هدف، بدست آوردن تصویری واضح از شکل‌گیری اولین سازه‌های دیسک مانند در کهکشان‌ها بسیار مهم است. بتازگی محققان دیسکی عظیم و چرخان از گاز سرد را درون کهکشانی ستاره‌ساز یافته‌اند که تنها ۱.۵ میلیارد سال پس از بیگ بنگ وجود داشته است. این کشف به شکل قابل‌ملاحظه‌ای زودتر از زمان‌هایی است که دیسک‌های گازیِ پیشتر شناسایی‌شده بودند.

مطابق درک فعلی ما از کیهان‌شناسی، سازه‌های اولیه با اندازه‌های عظیم در کیهان ‘هاله‌های’ نورِ مدوّر از ماده تاریک بودند که تحت تأثیر گرانش خودشان فروریختند. گازهای احاطه‌کنندۀ این مواد به درون این هاله‌ها ریختند و متعاقباً ستاره‌ها و در نهایت کهکشان‌ها را تشکیل دادند. گمان می‌رود هاله‌ها و کهکشان‌ها به رشد همراه با یکدیگر از طریق ادغام به‌وسیله‌ی تراکم بیشتر گاز و تبدیلش به ستارگان ادامه دادند.

بخش ِ مهمی از این راز این است که چرا برخی کهکشان‌ها نظیر راه شیریِ ستاره‌ساز خودمان، ساختارهایی دارند که دیسک ستارگان و گاز بر آن حاکم شده، در حالی که کهکشان‌های عموماً مسن‌تر و آرام‌تر، اینگونه نیستند. احتمالاً پاسخ به این پرسش ارتباط نزدیکی با تاریخچه نحوۀ شکل‌گیری هر یک از کهکشان‌ها دارد.

d

تصور می‌شود تراکم گاز یا از طریق حالت داغ و یا سرد روی دهد. یعنی گاز، هنگامی که به سمت مرکز هالۀ مادّه تاریک به درون کهکشان فرو می‌ریزد داغ است یا سرد. شیوۀ تراکم داغ به دیسک‌های کهکشانی‌ منجر می‌شود که دیر شکل می‌گیرند، زیرا میزان قابل‌ملاحظه‌ای زمان برای سرد شدن گاز متراکم نیاز است و در نهایت درون دیسک جای می‌گیرد. در عوض در شیوه تراکم سرد، گاز هنگام ریختن درون مرکز هاله سرد است، بنابراین امکان شکل‌گیری سریع‌تری را به دیسک می‌دهد.

«مارسل نیلمن» اخترشناس از موسسه اخترشناسی ماکس پلانک آلمان گفت: «بیشتر کهکشان‌هایی که ما در جهان اولیه یافته‌ایم، به خرابه‌های قطار شباهت دارند؛ چرا که در فرایندی نابسامان با یکدیگر ادغام شده‌اند. این فرایندهای ادغام پرتلاطم و داغ زمینه را برای ایجاد دیسک‌های چرخان و منظم دشوار می‌کند و با کهکشان‌هایی که در عصر حاضر مشاهده می‌کنیم، فرق دارند.»

بر اساس این سناریو، کهکشان‌ها به مدت زمان زیادی برای کاهش دما و تبدیل شدن به کهکشان‌های دیسک چرخان مثل راه شیری نیاز دارند. این نوع کهکشان‌ها تا حدود ۴ اِلی ۶ میلیارد سال پس از رویداد بیگ بنگ، مشاهده نشده‌اند. این حالت داغِ ایجاد کهکشان است. اما اخترشناسان حالت دیگری تحت عنوان حالت سرد را نیز در محاسبات خود پیش‌بینی و شبیه‌سازی کرده‌اند. اما باید کار را با سوپ ازلی شروع کرد؛ پلاسمای یونیزۀ کوارک-گلوئون که قبل از شکل‌گیری ماده، جهان را پر کرده بود. اخترشناسان برای نتیجه‌گیری در این خصوص به چند مورد شبیه‌سازی دست زدند.

ماده تاریک به کهکشان‌ها کمک می‌کند تا کنار یکدیگر باشند. اخترشناسان بر این باورند که ماده تاریک می‌تواند نقش کلیدی در رمزگشایی از شکل‌گیری کهکشان‌ها داشته باشد. شبیه‌سازی‌های انجام شده با ابررایانه‌ها نشان داده که شبکه عظیمی از ماده تاریک در جهان اولیه توانسته شکل‌گیری کهکشان‌های سرد را تسهیل نماید. ما کماکان نمی‌دانیم ماده تاریک چیست. امکان شناسایی مستقیم آن نیز وجود ندارد، اما این ماده به صورت گرانشی با ماده معمولی به برهم‌کنش می‌پردازد.

image e DLAg
تصویر واقعی از این کهکشان در دوران نخستین کیهان، زمانی که کیهان فقط ۱۰ درصد عمرش گذشته بود

تنها راه برای تایید این مدل، استفاده از شواهد مشاهداتی است. یعنی باید بدانیم چه زمانی نخستین دیسک‌ها در کهکشان‌ها شکل گرفتند و این پدیده چقدر غالب است. به این منظور باید کهکشان‌هایی که حدود ۳ میلیارد سال پس از بیگ بنگ وجود داشته‌اند را شناسایی کنیم. برای گسترش رصدهای گاز در کهکشان‌ها حتی به دوره‌های اولیه‌تر از تاریخ کیهان، نیلِمَن و همکاران از آرایه تلسکوپ میلی‌متری بزرگ آتاکاما(ALMA) که یکی از نیرومندترین رادیو تلسکوپ‌های زمین است، استفاده کردند. پژوهشگران نور ساطع‌شده از گاز سرد را در کهکشانی از ۱۲.۵ میلیارد سال قبل شناسایی کردند. همچنین توانستند با تجزیۀ نور، ساختار و حرکت‌شناسی گازهای تابان را با جزئیات تحسین‌برانگیزی بررسی کنند.

سپس از مدل‌های تجزیه‌وتحلیل ساده اما قوی‌ استفاده کردند تا نشان دهند رصدهایشان با حضور دیسک گازی که به‌سرعت می‌چرخد و از نظر مکانی با ستارگان و غبار کهکشان هماهنگ است، همخوانی دارد. نتایج نیلِمَن و همکارانش یکی از اولین شواهد رصدی را در مورد وجود دیسک‌های گاز سرد در کهکشان‌های عظیم، اندکی پس از بیگ بنگ است. این مشاهدات دقیقا ثابت می‌کند دیسک‌های عظیم گاز می‌توانستند ۱.۵ میلیارد سال زودتر از زمانی که رصدهای پیشین نشان دادند، شکل بگیرند.

محققان مشاهده کردند که نور چگونه از میان این کهکشان پر از گاز، عبور کرده است. در واقع نور حاصل از اختروش‌های عکس‌برداری شده از منطقه‌ای غنی از هیدروژن گذر کرده؛ لذا نشانه‌هایی از “دیسک ولف” به دست آمد. البته چیز دیگری هم وجود داشت. نور در یکی از بخش‌های دیسک حالت فشرده یا blueshifted داشت. این اتفاق زمانی مشاهده می‌شود که چیزی در حال حرکت به سمت ما باشد. نورِ بخش دیگر حالت کشیده یا سرخ‌سویی داشت؛ یعنی در حال دور شدن از ما بود. این جرم در حال چرخش بود. این جابجایی دوپلر این فرصت را در اختیار محققان قرار داد تا سرعت چرخش کهکشان را مورد محاسبه قرار دهند: حدود ۲۷۲ کیلومتر بر ثانیه.

محققان در ادعایی جالب گفتند که “دیسک ولف” منحصربفرد نیست و احتمال می‌دهند نمونه‌های بیشتری از آن در کیهان وجود داشته باشد. یکی از محققان گفته که یافتن دیسک ولف با این روش نشان می‌دهد که این کهکشان به جمعیت عادی از کهکشان‌هایی تعلق دارد که در سال‌های نخست جهان نمونه‌های زیادی از آن وجود داشت. ما محققان به جستجوی خود برای یافتن تعداد بیشتری از این کهکشان‌ها ادامه خواهیم داد. جزئیات بیشتر این پژوهش در مجله Nature منتشر شده است.

فیسبوک توییتر گوگل + لینکداین تلگرام واتس اپ کلوب

دیدگاهتان را بنویسید