جهان از اینجا آغاز شد!

رشته‌های کیهانی در ابتدای عمر جهان با نوساناتی در چگالی‌شان ایجاد شدند. چند صد میلیون سال بعد از بیگ بنگ، ماده (با شکل اولیه گاز) در محل تلاقی ورقه‌ها و رشته‌های گاز در رشته‌های ابتدایی، به شکل گره‌هایی متراکم شده بود. این گره‌ها و رشته‌ها، میزبان اولین ستاره‌ها و کهکشان‌ها بودند. این کاملا طبیعی است که وقتی ستاره‌شناسان به گذشته‌ها نگاه می‌کنند، به دنبال نسخه‌های ابتدایی رشته های کیهانی باشند. حالا و با آغاز به کار تلسکوپ جیمز وب، دانشمندان می‌توانند تا به گذشته‌ها نگاه کرده و اجسام بسیار کم نوری که اندکی بعد از بیگ بنگ وجود داشتند را نظاره کنند.

دانشمندان حالا موفق به مشاهده ده کهکشان شدند که در یک رشته نازک به طول سه میلیون سال نوری قرار دارند که توسط یک اختروش درخشان به هم متصل هستند. این مشاهده، دانشمندان را حسابی حیرت‌زده کرد؛ هم به خاطر ابعاد و اندازه آن و هم به دلیل جایگاهش در تاریخ کیهان. فیگ وانگ از دانشگاه آریزونا که محقق اصلی این برنامه است در این رابطه گفته:« این یکی از اولین ساختارهای رشته‌ای است که تا به حال رویت شده و با یک اختروش دوردست مرتبط است.»

رویای درک دوران ابتدایی جهان و رشته‌های کیهانی

مشاهدات تلسکوپ جیمزوب بخشی از برنامه رصدی به نام ASPIRE است که یک بررسی طیف‌سنجی هاله‌ها در "عصر باز یونیده شدن" (Reionization) است. آنها هم از تصاویر و هم از طیف‌های 25 اختروشی که در زمان شروع جهان بعد از "عصر تاریک" وجود داشتند، استفاده می‌کنند. ایده اصلی، بررسی شکل‌گیری اولین کهکشان‌های ممکن و همچنین تولد اولین سیاهچاله‌هاست. به علاوه اعضای تیم امیدوارند تا بفهمند که جهان اولیه چطور با عناصر (فلزات) سنگین‌تر غنی شده و چطور همه اینها در عصر بازیونیده شدن ادامه یافتند.

اهداف ASPIRE ، بخش مهمی از درک منشا و تکامل کیهان است. جوزف هناوی از دانشگاه کالیفرنیا در این باره گفته:« دو دهه اخیر تحقیقات کیهان‌شناسی به ما درک خوبی از نحوه شکل‌گیری و تکامل رشته‌های کیهانی داده است. هدف ASPIRE درک چگونگی ترکیب و پیدایش اولین سیاهچاله‌های عظیم در داستان کنونی شکل‌گیری ساختار کیهانی است.»

تمرکز برروی سیاهچاله‌های ابتدایی

اختروش‌ها در طول زمان و فضا ظهور می‌کنند. آنها از سیاهچاله‌هایی با جرم بالا که حجم زیادی از نور و چیزهای دیگری تولید می‌کنند، نیرو می‌گیرند. ستاره‌شناسان نیز از آنها به‌عنوان شمع‌هایی استاندارد برای اندازه‌گیری فواصل دور و همچنین راهی برای بررسی و مطالعه مناطق وسیعی از فضا که نور از آنها عبور می‌کند، بهره می‌برند.

دست کم هشت اختروش در مطالعه ASPIRE دارای سیاهچاله‌هایی هستند که کمتر از یک میلیارد سال بعد از بیگ بنگ شکل گرفته‌اند. جرم این سیاهچاله‌ها بین 600 میلیون تا 2 میلیارد برابر جرم خورشید است. یک جرم واقعا عظیم که سوالات زیادی درباره رشد سریع آنها وجود دارد. وانگ در این باره گفته:« برای شکل‌گیری این سیاهچاله‌های فوق‌العاده بزرگ، در زمانی کوتاه، دو معیار را باید در نظر گرفت. اول اینکه برای بزرگ شدن و رشد، باید ماجرا را از یک سیاهچاله بزرگ دانه‌ای شروع کرد و دوم اینکه حتی اگر این دانه سیاهچاله در ابتدا جرمی معادل هزار تا خورشید داشته باشد، باز هم باید در تمام طول عمر خود، یک میلیون بار بیشتر ماده را با حداکثر سرعت ممکن جمع کند.»

برای رشد اینگونه این سیاهچاله‌ها، به سوخت بسیار زیادی نیاز بوده. کهکشان‌های آنها هم جرم بسیار بالایی داشتند و این می‌تواند وجود سیاهچاله‌هایی غول‌آسا در قلب آنها را توجیه کند. این سیاهچاله‌ها نه تنها مواد زیادی را می‌بلعیدند، بلکه جریان خروجی آنها نیز بر شکل‌گیری ستاره‌ها تاثیر گذار بوده. یانگ در این باره گفت:« وزش بادهای شدید از سمت سیاهچاله‌ها می‌توانند باعث سرکوب شکل‌گیری ستاره‌ها در کهکشان میزبان شوند. این بادها در کیهان‌های نزدیک هم رویت شده‌اند ولی هرگز به صورت مستقیم در عصر باز یونیده شدن مشاهده نشده‌اند. مقیاس باد با ساختار اختروش‌ها مرتبط است. در مشاهدات تلسکوپ جیمز وب، ما شاهد آن هستیم که این‌گونه بادها در جهان اولیه نیز وجود داشتند.»

چرا مرور آن دوران وسوسه‌انگیز است؟

گاهی وقت‌ها می‌شویم که ستاره‌شناسان می‌خواهند به عصر باز یونیده شدن نگاه مجددی داشته باشند. اما چرا چنین هدفی برایشان وسوسه‌انگیز است؟ این به معنای مرور دورانی است که اولین ستاره‌ها و کهکشان‌ها شکل گرفتند. بعد از بیگ بنگ، کیهان نوزاد، شرایط بسیار گرم و متراکمی داشت. گاهی اوقات از آن دوران به عنوان سوپ اولیه کیهان یاد می‌شود. بعد از آن، گسترش فراگیر شد و تدریجا همه چیز شروع به خنک شدن کرد. این باعث شد تا الکترون‌ها و پروتون‌ها با هم ترکیب شده و اولین اتم‌های خنثی گاز ساخته شوند و همچنین انرژی حرارتی ناشی از بیگ بنگ اجازه انتشار پیدا کرد. ستاره‌شناسان آن تشعشعات را تشخیص دادند و این به صورت انتقال به سرخ، به قسمت امواج ریز طیف الکترومغناطیسی منتقل شد. ستاره‌شناسان این تابش را "تابش زمینه کیهانی " (CMB) نامیده‌اند.

این جنبه از کیهان اولیه، دارای نوسانات کوچکی از چگالی مواد در حال انبساط بود که در حقیقت این ماده، هیدروژن خنثی بود. در آن زمان هیچ ستاره و کهکشانی در میان نبود ولی بالاخره این منطقه‌های با چگالی بالاتر، تحت گرانش به هم متصل شدند و همین باعث شد تا ماده خنثی نیز شروع به جمع شدن کند. همین منجر به فروپاشی بیشتر مناطق پرتراکم و نهایتا تولد اولین ستاره‌ها گردید. آنها مواد اطراف را گرم کردند و همین سوراخ‌هایی را نواحی خنثی ایجاد می‌کرد و به نور اجازه سفر کردن می‌داد. اساسا آن حفره‌ها (یا حباب‌ها) در گاز خنثی این امکان را برای پرتوهای یونیزه شده فراهم می‌کردند تا در فواصل دورتری در فضا حرکت کنند. این شروع دوره باز یونیده شدن بود و یک میلیارد سال بعد از بیگ بنگ، جهان به طور کامل یونیزه شد.

توضیح ابرسیاهچاله‌های سنگین اولیه

نکته جالب توجه اینجاست که کهکشان‌های ابتدایی‌ای که توسط جیمزوب یافت شده، همراه با اختروش‌هایشان، دقیقا در سر جاهای خود بودند و سیاهچاله‌های بسیار پرجرمی در هسته مرکزی‌شان وجود داشت. حالا این سوال کلیدی باقی می‌ماند که چطور آنها به این سرعت بزرگ شدند؟ وجود آنها ممکن است ستاره‌شناسان را به سرنخ‌هایی درباره "چگالی بیش از حد" در کیهان نوزاد برساند. در ابتدا، دانه سیاهچاله برای شکل‌گیری به یک منطقه بیش از حد متراکم پر از کهکشان نیاز دارد.

تا حالا و به لطف مشاهداتی که تا قبل از اکتشافات تلسکوپ جیمز وب انجام شده بود، تنها چند کهکشان فوق متراکم در اطراف اولین سیاهچاله‌های بزرگ و سنگین کشف شده بودند. ستاره شناسان به این نیاز دارند تا مشاهدات بیشتری را در آن دوره انجام دهند تا دلایل بسیاری از مسائل را دریابند. برنامه ASPIRE نیز به آنها کمک خواهد کرد تا پاسخ سوالاتی درباره بازخوردها بین شکل‌گیری کهکشان‌ها و ایجاد سیاهچاله‌ها در دوران ابتدایی جهان را دریافت کنند. مسیری طولانی پیش روست. در عین حال ستاره‌شناسان باید رشته‌های بیشتری از ساختارهای مقیاس بزرگ شبکه رشته‌های کیهانی در هنگام شکل‌گیری‌شان دیده و بررسی کنند.