کشفیات برجسته جیمز وب در سومین سالگرد پرتاب؛ از کهکشان‌های مرده تا نقاط قرمز اسرارآمیز

سه سال از زمان پرتاب جیمز وب می‌گذرد و این تلسکوپ از آن زمان تا کنون با رصدهای شگفت‌انگیزش دید ما به جهان را تغییر داده است.

سه سال پیش پرتاب میخکوب‌کننده‌ی جیمز وب (JWST)، بزرگ‌ترین و قدرتمندترین تلسکوپی را که بشر تاکنون به فضا فرستاده است، مشاهده کردیم. ساخت تلسکوپ فضایی جیمز وب ۳۰ سال به طول انجامید؛ اما در طول فقط سه سال از آغاز به کار خود، دیدگاه ما نسبت به کیهان را متحول کرده است.

از دستاوردهای جیمز وب می‌توان به کاوش در منظومه‌ شمسی، بررسی جو سیاره‌های دوردست با هدف کشف نشانه‌های حیات و جستجوی اعماق فضا به‌منظور یافتن اولین ستاره‌ها و کهکشان‌های جهان اشاره کرد. در این مقاله نگاهی می‌کنیم به آنچه تاکنون از جیمز وب آموخته‌ایم.
هیولاهای آبی ترسناک

تلسکوپ جیمز وب مرز دانسته‌های ما از دوردست‌ترین نقاط جهان و اولین ستاره‌ها و کهکشان‌ها را دگرگون کرد. این تلسکوپ که خارج از جو زمین قرار دارد، موقعیتی عالی را برای رصد اعماق کیهان با نور فروسرخ در اختیار دارد. رکورد فعلی دورترین کهکشان تأیید‌شده توسط جیمز وب به زمانی برمی‌گردد که کیهان تنها ۳۰۰ میلیون سال قدمت داشت. در کمال شگفتی، در چنین بازه‌ی زمانی کوتاهی، این کهکشان تا ۴۰۰ میلیون برابر جرم خورشید رشد کرده است. این یافته نشان می‌دهد که فرایند ستاره‌زایی در کیهان آغازین بسیار کارآمد بوده و البته این کهکشان تنها نیست

وقتی کهکشان‌ها رشد می‌کنند، ستاره‌هایشان منفجر می‌شوند و غبار تولید می‌کنند. هرچه کهکشانی بزرگ‌تر باشد، گردوغبار بیشتری تولید می‌کند. از آنجایی که غبار نور آبی را جذب می‌کند، باعث می‌شود کهکشان‌ها به رنگ سرخ ظاهر شوند؛ اما نکته مهم این است که جیمز وب اولین کهکشان‌ها را بدون آنکه هیچ‌ نشانه‌ای از غبار داشته باشند، به شکل تکان‌دهنده‌ای درخشان، عظیم و بسیار آبی نشان داده است. این یافته، معمایی بزرگ را مطرح می‌کند.

نظریه‌های زیادی برای توصیف ماهیت عجیب کهکشان‌های اولیه وجود دارند. آیا آن‌ها ستاره‌های عظیمی دارند که بدون انفجار ابرنواختر، دراثر گرانش خود فرو می‌پاشند؟ آیا این کهکشان‌ها انفجارهای بزرگی دارند که تمام غبارها را از کهکشان به بیرون می‌رانند و هسته‌ای آبی و عاری از غبار را آشکار می‌کنند؟ یا شاید گرد و غبارها به دلیل پرتوهای شدید این ستاره‌های عجیب و غریب اولیه از بین رفته باشند.

شیمی عجیب کهکشان‌های اولیه

ستاره‌های اولیه حاوی عناصر سازنده‌ی اصلی موادی بودند که درنهایت حیات را شکل دادند. جهان تنها با هیدروژن، هلیوم و مقدار کمی لیتیوم آغاز شد. تمام عنصرهای دیگر از کلسیم داخل استخوان‌ها گرفته تا اکسیژن موجود در هوایی که تنفس می‌کنیم، در هسته‌ی آن ستاره‌ها ساخته شده‌اند.

براساس اکتشافات جیمز وب، کهکشان‌های اولیه نیز دارای ویژگی‌های شیمیایی غیرعادی هستند. این کهکشان‌ها مقدار قابل توجهی نیتروژن دارند که بسیار بیشتر از نیتروژن موجود در خورشید است؛ درحالی‌که مقدار کمتری از فلزهای دیگر را دارند. این یافته نشان می‌دهد فرآیندهایی در جهان اولیه وجود داشتند که هنوز به‌طور کامل آن‌ها را درک نکرده‌ایم.

جیمز وب نشان داد مدل‌های ما درباره‌ی اینکه ستاره‌ها چگونه تکامل شیمیایی کهکشان‌ها را هدایت کرده‌اند، هنوز ناقص هستند؛ بدین معنا که ما همچنان شرایطی را که باعث به وجود آمدنمان شده است، به‌طور کامل درک نکرده‌ایم.

اتفاق‌های کوچکی که به عصر تاریک کیهان پایان دادند

دوربین‌های حساس جیمز وب با بهره‌گیری از خوشه‌های عظیم کهکشانی که به‌عنوان ذره‌بین‌های غول‌پیکر، می‌توانند به اعماق کیهان نگاه کنند تا کم‌نورترین کهکشان‌ها را بیابند. پژوهشگرها در نهایت به نقطه‌ای رسیدند که در آن کهکشان‌ها بسیار کم‌نور می‌شوند و به‌طورکلی ستاره‌سازی نمی‌کنند. به‌این‌ترتیب می‌توان شرایطی را که طی آن شکل‌گیری کهکشان‌ها به پایان می‌رسد درک کرد.

تلسکوپ فضایی جیمز وب هنوز آن نقطه را پیدا نکرده است. بااین‌حال، فراتر از پیش‌بینی‌ها تعداد زیادی کهکشان کم‌نور را یافته است که بیش از چهار برابر فوتون‌های پرانرژی مورد انتظار ما نور منتشر می‌کنند. این یافته نشان می‌دهد که این کهکشان‌های کوچک ممکن است نقش مهمی در پایان دادن به «عصر تاریکی» کیهانی داشته باشند که مدت کمی پس از بیگ‌بنگ رخ داد.

پرونده مرموز نقاط قرمز کوچک

اولین تصاویر دریافتی از جیمز وب باعث کشف چشمگیر و غیرمنتظره‌ی دیگری شدند: جهان آغازین با انبوهی از نقاط قرمز کوچک بسیار فشرده با منشأ ناشناخته پر شده است. در ابتدا تصور می‌شد این نقاط، کهکشان‌های بسیار متراکم باشند که قاعدتا نباید وجود داشته باشند، اما رصدهای دقیق سال گذشته، ترکیبی از ویژگی‌های گیج‌کننده و متناقض را آشکار کردند.

گاز هیدروژن درخشان، با سرعت بسیار زیاد هزاران کیلومتر در ثانیه از خود نور ساطع می‌کند. این پدیده که مشخصه‌ی چرخش گاز در اطراف سیاه‌چاله‌ای کلان‌جرم است، هسته کهکشانی فعال نامیده می‌شود که طی آن یک سیاه‌چاله‌ی عظیم گازهای اطراف خود را می‌بلعد و به سرعت رشد می‌کند؛ اما این‌ هسته‌های کهکشانی برخلاف انواع رایج، پرتوی ایکس قابل تشخیصی را از خود منتشر نمی‌کنند و جالب‌تر از هرچیز، به نظر می‌رسد مشخصات جمعیت‌های ستاره‌ای را داشته باشند.

آیا کهکشان‌های یادشده می‌توانند همزمان ستاره و هسته‌ فعال کهکشانی باشند؟ یا یک مرحله تکاملی بین این دو به شمار می‌روند؟ در هر صورت، نقاط قرمز کوچک می‌توانند نکاتی را درباره‌ی تولد سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم و ستاره‌ها به ما بیاموزند.

کهکشان‌های غیرممکن آغازین

جیمز وب علاوه بر کهکشان‌های پرجنب‌و جوش اولیه، لاشه‌های مرده را نیز پیدا کرده است: کهکشان‌هایی در جهان آغازین که یادگار فرآیند شدید شکل‌گیری ستاره در طلوع کیهانی هستند. این اجساد قبلا توسط تلسکوپ‌ هابل و تلسکوپ‌های زمینی کشف شده بودند، اما فقط جیمز‌ وب می‌توانست با تجزیه‌ی نور آن‌ها نشان دهد که چه مدت از مرگشان گذشته است.

جیمز وب برخی کهکشان‌های پرجرم اولیه (دارای جرمی به اندازه‌ی راه شیری کنونی) را کشف کرد که در ۷۰۰ میلیون سال آغازین تاریخ کیهان شکل گرفتند. مدل‌های فعلی شکل‌گیری کهکشانی ما نمی‌توانند این اجرام را توضیح دهند؛ چرا که بسیار بزرگ هستند و خیلی زود شکل گرفته‌اند.

کیهان‌شناس‌ها هنوز در این باره بحث می‌کنند که آیا می‌توان مدل‌ها را به گونه‌ای تغییر داد که با یافته‌ها تطابق پیدا کنند یا خیر. برای مثال شاید شکل‌گیری ستاره‌های اولیه در فرآیند بهینه‌ای رخ داده است یا شاید باید در ماهیت ماده تاریک و تأثیر آن بر اجسام درحال فروپاشی اولیه بازنگری کنیم. جیمز وب در سال جدید تعداد بیشتری از اجرام مشابه را کشف خواهد کرد و با دقت بیشتری آن‌ها را بررسی می‌کند.

آینده جیمز وب

جیمز وب در اولین گام‌های خود، نقص‌های زیادی را در مدل فعلی کیهانی آشکار کرد. با اینکه به صورت پیوسته در حال اصلاح مدل‌ها به‌منظور درنظرگرفتن به‌روزرسانی‌های جیمز وب هستیم، همچنان از ناشناخته‌های بیشتر هیجان‌زده می‌شویم. نقاط قرمز مرموز از دید ما پنهان شده بودند. چه چیز دیگری در اعماق کیهان وجود دارد؟ جیمز وب به زودی به ما خواهد گفت.