انتشار غیرمنتظره و درخشان هیدروژن، اخترشناسان را شگفت‌زده کرد.

با استفاده از قابلیت‌های قدرتمند فروسرخ تلسکوپ فضایی جیمز وب، دانشمندان قادرند کهن‌ترین کهکشان‌های جهان را مطالعه کنند. در کشفی غیرمنتظره، تیمی بین‌المللی از اخترشناسان تابش درخشان هیدروژن را از کهکشانی مشاهده کردند که بسیار زودتر از حد انتظار وجود داشته است. این کشف پرسش‌های جدیدی را درباره چگونگی فرار نور از مه غلیظ هیدروژن خنثی که جهان اولیه را پر کرده بود، مطرح می‌کند.

کشف کهکشان دوردست: JADES-GS-z۱۳-۱

این کهکشان که JADES-GS-z۱۳-۱ نام دارد، در تصاویری که توسط دوربین فروسرخ نزدیک (NIRCam) تلسکوپ جیمز وب ثبت شده، شناسایی شد. این کهکشان تنها ۳۳۰ میلیون سال پس از مهبانگ وجود داشته است. پژوهشگران ابتدا فاصله آن را با توجه به میزان کشیدگی نور آن، که ناشی از انبساط فضا است، بر اساس روشنایی در فیلترهای مختلف فروسرخ برآورد کردند.

به گزارش ساینس دیلی، داده‌های NIRCam نشان دادند که این کهکشان دارای انتقال‌به‌سرخ ۱۲.۹ است. برای تأیید این فاصله بسیار زیاد، تیمی به سرپرستی یوریس ویتستوک از دانشگاه کمبریج، به همراه همکارانی از مرکز سپیده‌دم کیهانی و دانشگاه کپنهاگ، از طیف‌سنج فروسرخ نزدیک (NIRSpec) برای مطالعه جزئیات بیشتر این کهکشان استفاده کردند.

نتایج طیف‌سنجی تأیید کرد که این کهکشان دارای انتقال‌به‌سرخ ۱۳.۰ است، که نشان‌دهنده مشاهده آن در زمانی تنها ۳۳۰ میلیون سال پس از مهبانگ است. اما ویژگی شگفت‌آوری نیز در طیف آن دیده شد: یک طول‌موج خاص و بسیار درخشان از نور، معروف به انتشار لایمن-آلفا، که توسط اتم‌های هیدروژن گسیل می‌شود. این تابش بسیار قوی‌تر از حدی بود که اخترشناسان در این مرحله اولیه از تکامل کیهان انتظار داشتند.

روبرتو مایولینو، یکی از اعضای تیم از دانشگاه کمبریج و دانشگاه کالج لندن، توضیح داد: "جهان اولیه در مه غلیظی از هیدروژن خنثی غوطه‌ور بود. بیشتر این غبار در فرآیندی به نام یونیزاسیون مجدد، که حدود یک میلیارد سال پس از مهبانگ تکمیل شد، از بین رفت. اما کهکشان GS-z۱۳-۱ در زمانی دیده می‌شود که جهان تنها ۳۳۰ میلیون سال عمر داشت و با این حال دارای امضای بسیار واضحی از انتشار لایمن-آلفا است که تنها در صورتی می‌تواند دیده شود که مه اطراف آن کاملاً از بین رفته باشد. این یافته کاملاً برخلاف نظریه‌های موجود درباره تشکیل کهکشان‌های اولیه است و دانشمندان را شگفت‌زده کرده است. "

نوری که برخلاف انتظار از کهکشان گریخته است

پیش از و در طول عصر یونیزاسیون مجدد، مقادیر عظیمی از مه هیدروژن خنثی اطراف کهکشان‌ها، هرگونه نور فرابنفش پرانرژی آن ها را مسدود می‌کرد؛ دقیقاً مانند تأثیر فیلترهای رنگی که مانع عبور برخی از طول‌موج‌های نور می‌شوند. تا زمانی که ستارگان کافی تشکیل نشده و قادر به یونیزه کردن گاز هیدروژن نبودند، هیچ نوری از این کهکشان‌های نوپا — از جمله انتشار لایمن-آلفا — نمی‌توانست از آن ها گریخته و به زمین برسد. بنابراین، تأیید وجود تابش لایمن-آلفا از این کهکشان پیامدهای مهمی برای درک ما از جهان اولیه دارد.

بازنگری در تکامل کیهانی

کوین هین‌لاین، یکی از اعضای تیم از دانشگاه آریزونا، اظهار داشت: "بر اساس درک فعلی ما از تکامل جهان، نباید کهکشانی مانند این را پیدا می‌کردیم. می‌توان جهان اولیه را مانند فضایی پوشیده از مه غلیظ تصور کرد که یافتن حتی قدرتمندترین فانوس‌های دریایی در آن بسیار دشوار است، اما اکنون شاهد پرتوی نوری از این کهکشان هستیم که پرده کیهانی را شکافته است. این خط طیفی شگفت‌انگیز پیامدهای بزرگی برای چگونگی و زمان یونیزاسیون جهان دارد. "

منبع انتشار لایمن-آلفا از این کهکشان هنوز مشخص نیست، اما یکی از احتمالات تابش اولین نسل از ستارگان جهان است. ویتستوک توضیح می‌دهد: "حباب بزرگ هیدروژن یونیزه‌شده در اطراف این کهکشان ممکن است توسط جمعیتی غیرعادی از ستارگان ایجاد شده باشد — ستارگانی که بسیار پرجرم‌تر، داغ‌تر و درخشان‌تر از ستارگان تشکیل‌شده در دوران‌های بعدی بودند و احتمالاً نمایانگر نخستین نسل از ستارگان هستند. "

هسته فعال کهکشانی قدرتمندی که توسط یکی از نخستین سیاهچاله‌های ابرپرجرم هدایت می‌شود، نیز یکی دیگر از احتمالات مطرح‌شده توسط تیم پژوهشی است.

این پژوهش در ۲۶ مارس در مجله Nature منتشر شده است.