ماشین زمان زمینی‌ها؛ تلسکوپ فضایی جیمز وب چگونه گذشته را نشان می‌دهد؟

هفته‌ی گذشته، اخترشناسان عکسی را از کهکشان تازه‌کشف‌شده به‌وسیله تلسکوپ فضایی جیمز وب منتشر کردند. در این تصویر، لکه‌ی قرمز کوچکی دیده می‌شود که به گوجه فرنگی له‌شده شباهت دارد و آنقدر تار و بدون جزئیات است که بیننده فکر می‌کند باید عینک به چشم خود بزند. اگر هیچ توضیحی درباره‌ی عکس ارائه نشود، هیچ‌کس نمی‌تواند به ماهیت جرم به‌تصویرکشیده در آن پی ببرد. عکس جدید نه فقط یک کهکشان معمولی، بلکه احتمالاً قدیمی‌ترین کهکشانی را که تاکنون دیده‌ایم، نشان می‌دهد.

به‌لطف جیمز وب، جدیدترین و قدرتمندترین تلسکوپ فضایی جهان که همین دو هفته پیش، فعالیتش را به‌طور رسمی آغاز کرد، این کهکشان باستانی را کشف کرده‌ایم. نوری که از این کهکشان به چشمان تیزبین جیمز وب رسید، مدت‌ها پیش، قبل از به‌وجود‌آمدن تقریباً همه‌چیز، محدوده‌ی درخشان خود را ترک کرده بود. به‌گفته‌ی دو تیم مجزا از اخترشناسان، آن گوجه فرنگی تاری که می‌بینیم، شکل کهکشان در فقط ۳۰۰ میلیون سال پس از پیدایش جهان است.

درنتیجه از آن زمان تاکنون اتفاقات بسیاری رخ داده است. در این مدت، خورشید ما متولد شد، سیاره‌ها شکل گرفتند، حیات در زمین به‌وجود آمد و انسان خردمند پا به عرصه هستی گذاشت. اکنون جیمز وب، نوار زمان را به عقب برده است. نور دورترین کهکشان‌هایی که تلسکوپ فضایی جدیدمان برای تشخیص آن طراحی شده، میلیاردها سال طول می‌کشد تا به ما برسد. وقتی جیمز وب این نور باستانی و دنیادیده را دریافت می‌کند، به ماشین زمان تبدیل می‌شود. درنتیجه با نگاه‌کردن به این لکه قرمز، به خاطره‌ای کیهانی در بیش از ۱۳٫۵ میلیارد سال گذشته نگاه می‌اندازیم.

گوجه فرنگی کیهانی؛ تصویر دورترین کهکشان کشف‌شده تاکنون.

به‌نقل از آتلانتیک، اخترشناسان کشف اخیر را یافته‌ای اولیه می‌دانند که اگر صحت آن اثبات شود، می‌تواند پیامدهای خارق‌العاده‌ای برای عصر بعدی نجوم به‌دنبال داشته باشد. هیچ‌کدام از تیم‌هایی که گوجه فرنگی کیهانی را رصد کردند، در نخستین مشاهدات خود از این نوع انتظار نداشتند که به این زودی کهکشانی مانند نمونه‌ی کشف‌شده را پیدا کنند. اخترشناسان حتی تلسکوپ را برای دیدن دورترین اجرامی که می‌تواند ببیند، آماده نکرده بودند.

جین ریگبی، اخترفیزیکدان ناسا و دانشمند پروژه عملیات جیمز وب می‌گوید ‌آن‌ها صرفاً نگاهی کوتاه به جهان دوردست انداختند و دیدند که کهکشان‌های دور مانند این، مثل برگ از درخت می‌افتند. به‌علاوه، کهکشان کشف‌شده در یک میدان دید بسیار محدود و کوچک‌تر از دهانه‌ای روی ماه، در آسمان شب ظاهر شد. چه کسی می‌داند که جیمز وب با رصد پهنه‌ای از آسمان به اندازه‌ی کل ماه، چه چیزهای دیگری خواهد یافت؟ با هر رصد عمیق‌تر و برگشت نوار به عقب‌تر، تلسکوپ ما را به بیگ بنگ نزدیک‌تر و کهکشان‌های کم‌نور را پشت سر هم آشکار می‌کند. ما در آستانه‌ی بازگرداندن زمان به عقب هستیم.

کهکشان جدید هنوز صرفاً کاندیدای عنوان قدیمی‌ترین کهکشان کشف‌شده تاکنون محسوب می‌شود. در وهله‌ی اول، این یافته هنوز فرایند داوری همتا را پشت سر نگذاشته است. از سوی دیگر، اخترشناسانی که این کهکشان را در داده‌های جیمز وب مشاهده کردند، (دو تیم مجزا که به‌طور مستقل فعالیت می‌کنند و یکی از آن‌ها کهکشان را GLASS-z13 و دیگری GHZ2 نامیده است)، هنوز باید مشاهدات بیشتری برای تأیید فاصله‌ی آن انجام دهند. بااین‌حال اگر صحت آن تأیید شود، درخشش قرمز گوجه فرنگی کیهانی، رکورد کنونی قدیمی‌ترین کهکشان دیده‌شده تاکنون را که در سال ۲۰۱۵ به‌وسیله‌ی تلسکوپ فضایی هابل ثبت شد، با عمر صد میلیون سال بیشتر خواهد شکست.

تیم‌هایی که کاندیدای قدیمی‌ترین کهکشان را یافتند، با مطالعه‌ی ویژگی‌های نور آن، قدمتش را تعیین کردند. جهان از زمان بیگ بنگ درحال انبساط بوده است؛ فرایندی که نور را به طول موج‌های بلندتر و قرمزتر منتقل می‌کند. نور ستارگان واقع در کهکشان‌های دور، به‌عنوان نور مرئی منبع خود را ترک می‌کنند؛ اما زمانی که به ما می‌رسند، پدیده‌ای به نام انتقال به سرخ را تجربه می‌کنند و در طیف الکترومغناطیس به محدوده‌ی فروسرخ کشیده می‌شوند.

فروسرخ برای چشمان ما نامرئی اما برای حسگرهای جیمز وب عالی است. اخترشناسان می‌دانند که هرچه نور قرمزتر باشد، از کهکشانی دورتر ساطع شده است. روهان نایدو، اخترشناس در دانشگاه هاروارد که هدایت یکی از تیم‌ها را برعهده داشت، می‌گوید: کهکشان جدید «در طول موج‌های قرمزتر بسیار خوب تشخیص داده می‌شود؛ اما وقتی به طول موج‌های آبی‌تر می‌روید، به‌طرز بسیار چشمگیر ناپدید می‌شود. این ویژگی، خصوصیت اصلی این کهکشان‌های بسیار دوردست است.

تصویر از زوم خارج‌شده‌ی کهکشان GLASS-z13.

برای تأیید فاصله‌ی GLASS-z13 از ما، اخترشناسان باید نور کهکشان را با استفاده از روش متفاوتی اندازه‌گیری کنند که جزئیات ترکیب شیمیایی آن را فاش خواهد کرد. این تکنیک، استاندارد طلایی در اندازه‌گیری فواصل کیهانی محسوب می‌شود و دانشمندان اطمینان دارند که جیمز وب می‌تواند آن را انجام دهد. دو هفته‌ی پیش، تیم تلسکوپ داده‌هایی را منتشر کرد که نشان می‌داد جیمز وب چقدر خوب می‌تواند خصوصیات کهکشانی بسیار نزدیک‌تر از GLASS-z13 اما همچنان کاملاً دور را ثبت کند.

نور آن کهکشان ۱۳٫۱ میلیارد سال در راه بود تا به زمین برسد و بااین‌حال جیمز وب توانست نشانه‌های مشخصی از اکسیژن، هیدروژن و نئون را با وضوح چشمگیر تشخیص دهد. توماسو ترو، اخترفیزیکدان در دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس و عضو تیم دیگری که به‌طور مستقل کهکشان را شناسایی کرد، می‌گوید دانستن ترکیب شیمیایی دورترین کهکشان‌ها، می‌تواند جزئیاتی اساسی درباره‌ی چگونگی شکل‌گیری و رشد این کهکشان‌ها برایمان آشکار کند. ترو همچنین مدیریت برنامه‌ی رصدی را برعهده داشت که به یافتن GLASS-z13 منجر شد.

درحال‌حاضر اخترشناسان دریافته‌اند که GLASS-z13 علاوه‌بر کهکشانی بالقوه رکوردشکن، بسیار عجیب‌تر از آن چیزی است که تصور می‌کردند. اخترشناسان همیشه فکر می‌کردند که کهکشان‌ها در اوایل تاریخ کیهان نمی‌توانستند خیلی بزرگ شوند و تقریباً ۵۰۰ میلیون سال پس از بیگ بنگ، شمار ستارگان آن‌ها شروع به افزایش کرد. اما GLASS-z13 بسیار درخشان است و نشان می‌دهد ستارگان فراوانی را در خود جای داده است که درمجموع یک میلیارد برابر خورشید ما جرم دارند.

کریس لینتوت، اخترشناس در دانشگاه آکسفورد که شکل‌گیری کهکشان‌ها را مطالعه می‌کند و در پژوهش‌های اخیر مشارکتی نداشته است، می‌گوید‌ بزرگ‌بودن گلاسی بدین معنا است که شکل‌گیری ستارگان به سرعت انجام می‌شود. شاید تولید ستارگان کلان‌جرم بسیار ساده‌تر از پیش‌بینی دانشمندان باشد یا احتمال دارد کهکشان‌های اولیه دراثر نیروهایی گرانشی که شناختی درباره‌شان نداریم، شکل گرفته‌اند. به‌گفته‌ی لینتوت، توضیح هرچه باشد، وجود کهکشان‌هایی مانند GLASS-z13 نشان می‌دهد که پایان عصر تاریک جهان، یعنی زمانی که نخستین ستارگان روشن شدند، دورانی تماشایی بود.

این تازه شروعی برای نزدیک‌تر شدن به شروع جهان است. اخترشناسان می‌گویند اکنون باید منتظر سیلی از مقاله‌های علمی جدیدی باشیم که می‌گویند این دورترین کهکشان کشف‌شده تاکنون است! اگر کاندیدای بعدی همین امروز یا این هفته معرفی شود، اصلاً تعجب نخواهیم کرد. یک سال بعد، ده‌ها یا شاید صدها کهکشانی را خواهیم داشت که در فواصل مشابه شناسایی شده‌اند. ریگبی می‌گوید: «ما خواهیم فهمید کدام کهکشان‌ها واقعی هستند و سپس آن‌ها را مطالعه خواهیم کرد. آنگاه می‌فهمیم این کهکشان‌ها از چه چیزی ساخته شده‌اند، چه مقدار گردوغبار دارند و داستان ستارگان درخشان درونشان چیست.

هرچند کهن‌ترین نورهای کیهان در تمام این مدت همین اطراف بوده‌اند، ما تازه با آن‌ها آشنا شده‌ایم. لینتوت می‌گوید: «در تمام طول تاریخ بشر، در نوری که از چنین کهکشان‌های دوردستی به ما می‌رسد، غرق شده بودیم. اما تازه وسیله‌ای را ساخته‌ایم که قادر به دیدن این نور است.»