حلقه‌ای از اعماق کیهان

آلما (ALMA) دورترین کهکشانِ شبیه راه‌شیری را همچون حلقه‌ای از نور مشاهده کرده است، حلقه‌ای از نور که دانش ما را از شکل‌گیری کهکشان‌ها به چالش می‌کشد.

اخترشناسان با به کارگیری رصدخانه رادیویی آلما (ALMA) توانسته‌اند کهکشانی بسیار دوردست را که در کمال تعجب از بعضی جهات بسیار شبیه وضعیت فعلی راه‌شیری است؛ آشکار کنند. نام این کهکشان SPT0418-47 است.

از آن جهت که آن را در فاصله بسیار زیاد مشاهده می‌کنیم، پس چهره دوران جوانی‌اش را می‌بینیم. فاصله آن از ما ۱۲ میلیارد سال نوری است و به عبارتی در حال دیدن آن در زمانی هستیم که فقط ۱٫۴ میلیارد سال از سن کیهان گذشته است.

این کهکشان، برخلاف آن‌چه که انتظار داریم، به طرز شگفت‌آوری غیرآشفته است؛ و همین مطلب در تناقض با نظریه‌هایی است که بیان می‌کنند کهکشان‌ها در جهان اولیه، آشوبناک و ناپایدار بوده‌اند. این ویژگی‌های منحصر به فردش، درک ما را از چگونگی شکل‌گیری کهکشان‌ها به چالش کشیده و بینش جدیدی نسبت به گذشته کیهان ِ ما ارائه می‌دهد.

ALMA: آرایه‌ای از ۶۶ تلسکوپ رادیویی که در طول موج‌های میلی‌متری و زیرمیلی‌متری فعالیت می‌کنند. در صحرای آتاکاما (شیلی) قرار دارند و با مشارکت رصدخانه جنوبی اروپا، رصدخانه ملی ژاپن و بنیاد ملی علوم امریکا؛ ساخته و اداره می‌شود.

شباهت با کهکشان راه‌شیری

به گفته فرانسکاریزو، دانشجوی دکترا از موسسه اخترفیزیک ماکس پلانک آلمان که سرپرستی این پژوهش را برعهده دارد؛ این نتیجه یک پیشرفت غیرمنتظره در علوم مربوط  به شکل‌گیری کهکشان‌ها به ما ارائه می‌دهد: نشان می‌دهد این ساختارهایی که در کهکشان‌های مارپیچی نزدیک و همچنین راه‌شیری ِ خودمان می‌بینیم از ۱۲ میلیارد سال قبل موجود بوده‌اند!

هرچند این کهکشان آثاری از وجود بازوهای مارپیچی را در خودش نشان نمی‌دهد، ولی از دو جنبه به کهکشان راه‌شیری شبیه است:

۱- داشتن یک قرص یا صفحه چرخان

۲- برآمدگی مرکزی به نحوی که گروه بزرگی از ستارگان در اطراف مرکز کهکشان به صورتی فشرده در کنار هم قرار گرفته‌اند.

به همین دلیل هم آن را به عنوان دورترین کهکشانی که بسیار شبیه راه‌شیری است معرفی کرده‌اند.

این رصد، اولین موردی است که وجود برآمدگی مرکزی را در کهکشانی که در دوران اولیه کیهان قرار دارد نشان می‌دهد.

چالش با نظریه‌های موجود

اما شگفتی بزرگ هنگامی اتفاق افتاد که مشخص شد این کهکشان همچون کهکشان‌های نزدیک، واقعا بسیار آرام و منظم است! چرا که این موضوع کاملا با آن‌چه که از مدل‌های نظری و شواهد رصدی قبلی به دست آمده بود در تضاد است.

آن‌چه که تاکنون اخترشناسان برای کهکشان‌های جوان در دوران اولیه کیهان شناخته‌اند این بود که کهکشان‌های جوانی که در آن دوران پرآشوب هنوز در مرحله شکل‌گیری هستند، بسیار آشوبناک و ناپایدار بوده‌اند و ساختارهای مشخصی همچون آن‌چه که در راه‌شیری مشاهده می‌کنیم، در آن‌ها وجود نداشته است. ولی اکنون با این رصد و مشاهده ِ دقیق‌تر خلاف این انتظار مشاهده شده است.

مطالعه و بررسی کهکشان‌های دوردستی نظیر  SPT0418-47  برای درک و فهم ما از چگونگی شکل‌گیری وتحول کهکشان‌ها بسیار اساسی و کلیدی هستند.

همین کهکشان با توجه به فاصله ۱۲ میلیارد سال نوری‌ای که دارد، ما را به گذشته بسیار دور، زمانی که فقط ۱۰% از عمر فعلی عالم گذشته بوده می‌برد؛ زمانی که این کهکشان در حال تشکیل و ساخته‌شدن بوده است. به همین دلیل است که با مطالعه این نوع کهکشان‌ها با سفر در زمان به آن لحظه‌ها و دوران‌های آغازین عالم حرکت می‌کنیم ومی‌توانیم با دقت بیشتری دانش خودمان را از تولد و تحول کهکشان‌ها بسازیم.

فاصله بسیار زیاد این کهکشان‌ها باعث می‌شود که حتی با بزرگترین و قوی‌ترین تلسکوپ‌های موجود هم آن‌ها را همچنان کوچک و کم فروغ دید و نتوان مشاهدات دقیق و با جزئیات زیادی از آن‌ها داشت. از این رو عموم مشاهدات فعلی، جزئیات زیادی در خود ندارند.

جزئیات زیاد به لطف لنز گرانشی

اما در این مورد به خصوص، به علت جهت قرارگیری کهکشان SPT0418-47 در امتداد دید یک کهکشان نزدیک‌تر، این گروه اخترشناسان توانسته‌اند با کمک اثر لنز گرانشی بر این مشکل غلبه کنند تا آلما بتواند جزئیات بی‌سابقه‌ای را از چنین گذشته دوردستی آشکار کند.

لنز گرانشی یعنی تأثیر گرانشی یک کهکشان نزدیک‌تر که در میانه راه حرکت نور آن کهکشان دوردست قرار دارد موجب می‌شود تا کهکشان نزدیک،‌ همچون یک ذره‌بین عمل کند و تصویر کهکشان دورتر را بزرگتر و درخشان‌تر ببینیم. البته لنزهای گرانشی موجب اختلال و کج و معوج شدن تصویر هم می‌شوند.

به علت هم راستا قرار گرفتن بسیار دقیق کهکشان ِ ما با کهکشانی که به صورت لنز گرانشی عمل می‌کند، تصویری که از آن به دست آمده حلقه‌ای کامل از نور است. گروه اخترشناسان به کمک روش‌های جدید مدل‌های کامپیوتری توانسته‌اند تصویر کهکشان را بازسازی کرده و شکل اصلی آن را از داده‌های تلسکوپ‌های آلما استخراج کنند.

در این تصویر که بر اساس داده‌های آلما رنگ‌آمیزی شده است، می‌توان چرخش قرص کهکشان را متوجه شد: قسمت‌های آبی رنگ در حال نزدیک شدن به ما هستند، در حالی که بخش‌های قرمز در حال دور شدن از ما هستند.

این تصویر بازسازی شده به همراه داده‌ها و اطلاعاتی که رادیو تلسکوپ‌های آلما در اختیارمان قرار داده‌اند، به قدری موجب تعجب آن‌ها شد که به قول مدیر پروژه، درهای یک گنج برای ما باز شده بود. به گفته آن‌ها آن‌چه مشاهده می‌کردند و اطلاعاتی که از آن داده‌ها استخراج می‌شد بسیار گیج کننده بود.

علت این تحیر این است که علی رغم وجود سرعت بالای ستاره‌زایی در این کهکشان که حکایت از وقوع فرآیندهای بسیار پرانرژی در آن دارد؛ ولی SPT0418-47 مرتب و منظم‌ترین قرص کهکشانی را از خود نشان می‌دهد که تاکنون در کیهان ِ اولیه مشاهده شده‌است.

به عبارت ساده‌تر، وقوع و وجود فرآیندهای قدرتمندی که موجب ایجاد جریان‌های ستاره‌زایی قوی در قرص کهکشان می‌شوند (که برای کهکشان‌های دوران اولیه کیهان طبیعی است) با آرامش و نظمی که در قرص آن کهکشان مشاهده می‌شود هم‌خوانی و هماهنگی ندارد. این تضاد نشان می‌دهد که دانش ما از روند تحول کهکشان‌ها داریم باید تغییر و تصحیح شوند.

البته علی‌رغم این که کهکشان SPT0418-47 دو ویژگی مهم قرص چرخان و برآمدگی مرکزی که در ساختار کهکشان‌های مارپیچی امروزی مشاهده می‌شوند را در خود دارد، ولی اخترشناسان انتظار دارند که سرانجامی به غیر از مارپیچی‌ها داشته باشد و شاید به یک کهکشان بیضوی تبدیل شود.

این کشف غیرمنتظره پیشنهاد می‌کند که شاید برخلاف باور فعلی، جهان ِ ابتدایی خیلی هم آشوبناک نبوده است. علاوه بر آن یکی از سوالات فراوانی که ایجاد می‌کند این است که چگونه یک کهکشان آرام و منظم توانسته است در دوران متلاطمی بلافاصله پس از مهبانگ شکل بگیرد.

در انتظار تغییر دانش ما از تشکیل عالم

این کشف آلما، در ادامه کشف دیگری بود که چند ماه قبل از آن منتشر شد و حکایت از وجود یک قرص سنگین چرخان در فاصله‌ای مشابه با SPT0418-47 می‌داد. البته کهکشان جدیدتر به لطف وجود لنز گرانشی در مسیر نورش، با جزئیات بسیار دقیق‌تری مطالعه شد که وجود برآمدگی مرکزی یک کهکشان را در میان قرص چرخانش برای اخترشناسان آشکار کرد. همین ویژگی، او را بسیار شبیه کهکشان راه‌شیری کرده است.

باید در انتظار شروع به کار تلسکوپ‌های عظیمی همچون ELT و تلسکوپ فضایی جیمزوب باشیم تا با دید دقیق‌تری وجود چنین کهکشان‌های کودک و نوباوه را بشناسیم؛ و مطمئن شویم که وضعیت غیرآشوبناک در کیهان آغازین چقدر عمومیت داشته است. در انتظار هستیم تا دانش اخترشناسان از وضعیت شکل‌گیری و تحول کهکشان‌ها متحول شود.

تهیه و تنظیم: محمد همایونی

منبع: eso.org