مدل‌های فعلی شکل‌گیری کهکشان‌ها زیر سوال رفت!

به گزارش مجله خبری نگار/ایتنا،در تابستان ۱۴۰۱، کمتر از یک ماه پس از انتشار نخستین تصاویر علمی تلسکوپ فضایی جیمز وب، ستاره‌شناسان با پدیده‌ای غیرمنتظره روبه‌رو شدند: صد‌ها نقطه قرمز بسیار کوچک و فشرده که در سراسر آسمان پراکنده بودند.

به نقل از SciTechDaily، حساسیت بی‌نظیر جیمز وب باعث شد این اجرام عمیقاً قرمز و فوق‌العاده دور به وضوح دیده شوند؛ اجرامی که تلسکوپ هابل هرگز نتوانسته بود آنها را رصد کند.

گفتنی است، رنگ قرمز شدید در نجوم به معنای انتشار بیشتر نور در طول‌موج‌های بلندتر، یعنی مادون قرمز میانی (بیش از ۱۰ میکرون) است که جیمز وب دقیقاً برای آن طراحی شده است.

مشاهدات بعدی نشان داد این نقاط قرمز کوچک در فاصله‌ای باورنکردنی قرار دارند؛ حتی نزدیک‌ترین آنها نورشان ۱۲ میلیارد سال در راه زمین بوده و ما اکنون جهان را تنها ۱٫۸ میلیارد سال پس از مه‌بانگ مشاهده می‌کنیم.

بر این اساس، این اجرام متعلق به دوران نوزادی کیهان هستند و چالش بزرگی برای مدل‌های فعلی شکل‌گیری کهکشان‌ها به وجود آورده‌اند.

در ابتدا، پژوهشگران دو توضیح اصلی ارائه کردند. گروهی معتقد بودند این نقاط قرمز، کهکشان‌های فوق‌العاده پرستاره و پوشیده از غبار هستند؛ به طوری که در یک مکعب به حجم یک سال نوری، صد‌ها هزار ستاره جای می‌گیرد، در حالی که در راه شیری حتی در هسته مرکزی چنین تراکمی وجود ندارد.

بینگجی وانگ، از دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، می‌گوید: «اگر این تفسیر درست باشد، آسمان شب چنین کهکشانی به طرز خیره‌کننده‌ای درخشان خواهد بود و ستاره‌زایی در آن از طریق فرآیند‌هایی رخ داده که تاکنون هرگز مشاهده نکرده‌ایم».

گروه دوم این نقاط را هسته‌های کهکشانی فعال (AGN) پوشیده از غبار می‌دانستند که سیاه‌چاله ابرپرجرم مرکزی آنها ماده را با سرعت بالا می‌بلعد و دیسک برافزایشی داغ ایجاد می‌کند.

اما این توضیح نیز با مشکلاتی همراه بود؛ طیف این اجرام با هسته‌های کهکشانی فعال شناخته‌شده تفاوت چشمگیری داشت و نیاز به سیاه‌چاله‌هایی با جرم بسیار بالا در سنین بسیار پایین کیهان داشت.

برای حل معما، نیاز به طیف‌نگاری دقیق بود. برنامه RUBIES که توسط آنا دِ گراف از انستیتو ماکس پلانک برای نجوم در هایدلبرگ و تیمی بین‌المللی طراحی شد، موفق شد در سال ۲۰۲۴ نزدیک به ۶۰ ساعت از زمان گران‌بهای جیمز وب را دریافت کند و طیف ۴۵۰۰ کهکشان دوردست را ثبت نماید.

در میان این داده‌ها، ۳۵ نقطه قرمز کوچک شناسایی شد که یکی از آنها، کشف‌شده در ژوئیه ۲۰۲۴ و ملقب به «صخره» (The Cliff)، به دلیل فاصله ۱۱٫۹ میلیارد سال نوری و redshift برابر ۳٫۵۵، به افراطی‌ترین نمونه تبدیل شد.

ویژگی بارز طیف «صخره»، شکستگی بالمر بسیار تند در ناحیه فرابنفش بود که به دلیل انبساط کیهان به مادون قرمز نزدیک کشیده شده است.

این شکستگی در کهکشان‌های معمولی که ستاره‌زایی کمی دارند دیده می‌شود، اما در «صخره» بسیار شدیدتر بود. تلاش برای تطبیق این طیف با مدل‌های کهکشانی پرستاره یا هسته فعال پوشیده از غبار با شکست روبه‌رو شد.

آنا دِ گراف اعلام کرد: «ویژگی‌های افراطی صخره ما را مجبور کرد به تخته طراحی بازگردیم و مدل‌های کاملاً جدیدی بسازیم».

در نهایت، پژوهشگران به مدلی رسیدند که برخی آن را «ستاره سیاه‌چاله» می‌نامند: یک سیاه‌چاله ابرپرجرم با دیسک برافزایشی که نه در غبار، بلکه در پوسته‌ای ضخیم و آشوبناک از گاز هیدروژن فرو رفته است.

این پوسته گازی، مشابه جوّ ستارگان داغ و جوان، توسط انرژی سیاه‌چاله مرکزی گرم می‌شود و نور تولید می‌کند، اما هیچ همجوشی هسته‌ای در آن رخ نمی‌دهد.

این مدل، که هنوز در مرحله اثبات مفهوم است، بهترین تطبیق را با شکل تند شکستگی بالمر و دیگر ویژگی‌های طیف «صخره» دارد.

در موارد افراطی مانند «صخره»، درخشندگی عمدتاً از ستاره سیاه‌چاله تأمین می‌شود، در حالی که در دیگر نقاط قرمز کوچک، ترکیبی از نور ستاره سیاه‌چاله و ستارگان معمولی کهکشان میزبان دیده می‌شود.