۳سالگی جیمز وب
آنچه تلسکوپ جیمز وب طی 3 سال در فضا پیدا کرد

به گزارش فناور،سه سال پیش در دسامبر ۲۰۲۱ تلسکوپ فضایی «جیمز وب» یا بطور خلاصه «JWST» که بزرگترین و قدرتمندترین تلسکوپ ساخت بشر تا کنون محسوب می‌شود، به فضا فرستاده شد. ساخت این تلسکوپ ۳۰ سال طول کشید و یافته‌هایی که از مسیر آن در همین سه سال عاید انسان شده، دیدگاه او را نسبت به جهان متحول کرده است.

«جیمز وب» نه‌تنها به کاوش در منظومه شمسی پرداخته، بلکه جو سیارات دوردست را در جستجوی نشانه‌هایی از حیات مطالعه کرد و در دورترین نقاط فضا به دنبال یافتن نشانه‌هایی از اولین ستاره‌ها و کهکشان‌هایی بود که در کیهان شکل گرفتند.

در ادامه، هرآنچه «جیمز وب» در این مدت کوتاه سه ساله به ما درباره آغاز شکل‌گیری جهان و اسرار آن آموخته، ارائه می‌شود.

هیولاهای آبی وهم‌انگیز

تلسکوپ فضایی «جیمز وب» در خارج جو زمین مستقر است و این موقعیت، شرایط عالی را برای نگاه کردن به اعماق کیهان با نور مادون قرمز ایجاد کرده است.

دورترین کهکشانی که تاکنون «جیمز وب» کشف آن را تایید کرده، در زمانی شکل گرفته که جهان تنها حدود ۳۰۰ میلیون سال قدمت داشته است. شگفت‌آور اینکه این کهکشان در همین بازۀ زمانی کوتاه، توانسته است ستاره‌ای با جرمی حدود ۴۰۰ میلیون برابر جرم خورشید ما تشکیل دهد.

این نشان می‌دهد که تشکیل ستاره در جهان اولیه بسیار سریع انجام می‌شده و این کهکشان تنها مورد از این دست نبوده است.

هنگامی که کهکشان‌ها رشد می‌کنند، ستاره‌های آنها منفجر می‌شوند و گرد و غبار ایجاد می‌کنند. هرچه کهکشان بزرگتر باشد، گرد و غبار بیشتری ایجاد می‌شود. همین گرد و غبارها هستند که باعث می‌شوند کهکشان‌ها ظاهری قرمزرنگ داشته باشند؛ زیرا گرد و غبارها نور آبی را جذب می‌کنند.

اما نکته مهم اینجاست که «جیمز وب» موفق شده کهکشان‌های اولیه‌ای را پیدا کند که بطور حیرت‌انگیزی درخشان، عظیم و بسیار «آبی» هستند؛ بدون هیچ نشانه‌ای از وجود گرد و غبار.

این یک معمای واقعی است و تا کنون نظریه‌های زیادی برای توضیح ماهیت عجیب این کهکشان‌های اولیه مطرح شده است. از جمله اینکه آیا آنها ستارگان عظیمی داشتند که طرفا به دلیل نیروی جاذبه و بدون وقوع انفجارهای عظیم (ابرنواختر) فروپاشیدند؟

یا اینکه دچار چنان انفجارهای بزرگی شدند که همه غبارهایشان به خارج از کهکشان رانده شده و به این ترتیب یک هستۀ آبی و عاری از غبار باقی مانده است؟

شاید نیز گرد و غبارها در اثر تشعشعات شدید و ناشناخته ستارگان اولیه نابود شده باشند.

هنوز هیچکس دلیل واقعی این پدیده را نمی‌داند.

یک شیمی «غیرمعمول» در کهکشان‌های اولیه

ستارگان اولیه، بلوک‌های اصلی سازنده چیزی هستند که درنهایت «حیات» را ممکن کرده است. جهان فقط با هیدروژن، هلیوم و مقدار کمی لیتیوم آغاز شد و همه عناصر دیگر، از کلسیم در استخوان‌های ما گرفته تا اکسیژن موجود در هوایی که آن را استنشاق می‌کنیم، همه در هستۀ این ستاره‌ها ساخته شدند.

اما تلسکوپ فضایی «جیمز وب» کشف کرد که کهکشان‌های اولیه دارای ویژگی‌های شیمیایی «غیرعادی» بودند. مثلا اینکه در این کهکشان‌ها مقدار قابل توجهی نیتروژن (بسیار بیشتر از آنچه ما در خورشید خود مشاهده می‌کنیم) وجود داشته و در مقابل، بیشتر فلزات دیگر در مقادیر بسیار کمتری وجود داشتند. این نشان می‌دهد که فرآیندهایی در جهان اولیه وجود داشته که ما هنوز قادر به درک آنها نیستیم.

«جیمز وب» همچنین نشان داد که مدل‌های ما در این باره که چگونه ستاره‌ها تکامل شیمیایی کهکشان‌ها را هدایت می‌کنند هنوز ناقص هستند؛ به این معنی که دانشمندان هنوز شرایطی را که درنهایت منجر شده «ما بوجود آییم»، بطور کامل درک نکرده‌اند.

چیزهای کوچکی که به عصر «تاریکیِ کیهان» پایان دادند

دوربین‌های حساس «جیمز وب» می‌توانند به اعماق کیهان نگاه کنند تا کم نورترین کهکشان‌ها را بیابند و دانشمندان سعی کردند از این مسیر، نقطه‌ای را پیدا کنند که کهکشان‌ها آنقدر کم‌نور می‌شوند که دیگر ستاره‌سازی نمی‌کنند.

این کار به دانشمندان کمک می‌کند تا شرایطی را که تحت آن، شکل گیری کهکشان‌ها به پایان می‌رسد، درک کنند.

«جیمز وب» هنوز نتوانسته تا این حد به اعماق فضا و تاریکی‌ها نفوذ کند؛ با این حال کهکشان‌های کم نور بسیاری را کشف کرده است؛ بسیار بیشتر از حد انتظار ما. از جمله کهکشان‌های کم نوری که بیش از چهار برابر فوتون‌های پرانرژی که ما انتظار داشتیم ساطع می‌کنند.

این کشف نشان داد که این کهکشان‌های کوچک احتمالا نقش مهمی در پایان دادن به «عصر تاریک» کیهانی داشتند که پس از انفجار بزرگ (بیگ بنگ) روی داده است.

نقاط مرموز قرمز رنگ

اولین تصاویر مخابره شده از «جیمز وب» کشف چشمگیر و غیرمنتظره دیگری را رقم زد: اینکه در کیهان اولیه، یک فراوانی قابل توجه از «نقاط قرمز کوچک» وجود دارد؛ منابع قرمزرنگ بسیار فشرده با منشاء ناشناخته.

در ابتدا تصور می‌شد که این نقاط کوچک، نوعی «کهکشان‌های فوق متراکم» هستند اما مشاهدات دقیق‌تر در سال گذشته، ترکیبی از خواص عمیقاً گیج‌کننده و متناقض را نشان داد.

دانشمندان از قبل با پدیده‌ای که «هسته فعال کهکشانی» نامیده می‌شود، آشنایی داشتند. پدیده‌ای که در جریان آن، یک سیاه‌چاله عظیم شروع به بلعیدن گازهای اطراف خود کرده و بسرعت رشد می‌کند.

این گاز نیز عمدتا گاز هیدروژن درخشان و در حال انتشار نور است که با سرعت بسیار زیاد (هزاران کیلومتر در ثانیه) در اطراف یک سیاهچاله بسیار پرجرم در حال چرخیدن است.

اما نکته مرموز درباره «نقاط قرمز کوچک» که جیمزوب آنها را کشف کرد این بود که نه‌تنها این نقاط، برخلاف انتظار هیچ اشعه ایکس قابل تشخیصی منتشر نمی‌کردند، بلکه جالب‌تر اینکه به نظر می‌رسید آنها ویژگی‌های جمعیت‌های ستاره‌ای را داشته باشند.

بنابراین آیا ممکن بود که این کهکشان‌ها همزمان هم ستاره و هم «هسته فعال کهکشانی» باشند؟ یا یک مرحله تکاملی بین این دو؟ هرچه که باشد «نقاط قرمز کوچک» احتمالاً چیزی در مورد تولد سیاهچاله‌های کلان پرجرم و ستارگان در کهکشان‌ها به ما می‌آموزند.

کهکشان‌های «غیرممکن» اولیه

علاوه بر کهکشان‌های اولیه بسیار پر جنب و جوش، تلسکوپ فضایی «جیمز وب» توانست بقایای کهکشان‌های اولیه مرده را نیز پیدا کند؛ کهکشان‌هایی در کیهان اولیه که یادگارهایی از تشکیل ستاره‌ها در طلوع کیهانی بودند.

این بقایا پیش از این توسط هابل و تلسکوپ‌های زمینی یافت شده بودند، اما فقط «جیمز وب» این توانایی را داشت که نور آن‌ها را تشریح کند تا بفمد چه مدت است که مرده‌اند.

«جیمز وب» توانسته است کهکشان‌های بسیار پرجرمی را کشف کند که در ۷۰۰ میلیون سال اول تاریخ کیهانی شکل گرفته‌ بودند؛ کهکشان‌هایی با جرمی شبیه جرم کهکشان راه شیریِ ما یا بیشتر.

اما مشکل این است که مدل‌های شکل‌گیری کهکشان‌های فعلی ما، نمی‌توانند این اجرام را توضیح دهند زیرا آنها خیلی بزرگ هستند و خیلی سریع شکل گرفته‌اند.

کیهان‌شناسان هنوز در حال بحث هستند که آیا باید مدل‌ها را تغییر داد یا در ماهیت مادۀ تاریک و چگونگی ایجاد اجسام در حال فروپاشی اولیه تجدیدنظر کرد؟

تلسکوپ فضایی «جیمز وب» از همان اولین روزهای فعالیتش، بسیاری از کاستی‌های مدل‌های کنونی ما از کیهان را آشکار کرده و زمینه‌های لازم برای اصلاح مدل‌هایمان را فراهم کرده است.

معمای «نقاط قرمز مرموز» هنوز حل نشده و انتظار می‌رود کشفیات جدید جیمز وب از اعماق کیهان همچنان بر شگفتی‌های ما بیفزاید.