Real Time Web Analytics نخستین نور جهان از کجا آمد؟! آیا پاسخ، یونش مجدد است؟ | دیپ لوک

نخستین نور جهان از کجا آمد؟! آیا پاسخ، یونش مجدد است؟

0

مشاهدات جدید کیهانی، بحث اولین نور در جهان را دوباره داغ کرده است. برخی معتقدند که نور، باعث شفافیت نخستین کهکشان‌های به وجود آمده در جهان شده است. منشا نخستین نور ایجاد شده همچنان مبهم بوده، اما یکی از گزینه‌های محتمل، یونش مجدد است. با دیپ لوک همراه باشید…

این نوشتار، ترجمه‌ای از مقاله منتشر شده در سایت معتبر کوانتامگزین است

مدت کوتاهی پس از انفجار بزرگ (Big Bang)، همه چیز رو به تاریکی گرایید. شاید گاز هیدروژن که جهان اولیه را فراگرفته بود، باعث خاموش شدن نور حاصل از نخستین ستارگان و کهکشان‌های ایجاد شده در جهان شده باشد. در طول صد‌ها میلیون سال، ستار‌ه‌هایی که توسط سیاه چاله‌های عظیم پدید آمدند، به همین دلیل قابل رویت نبودند. سرانجام این مه کیهانی به صورت یک نور فرابنفش پرانرژی در شکسته شدن اتم‌ها در فرایندی موسوم به یونش مجدد (Reionization)، از بین رفت. کیهان‌شناسان سال‌های متمادی برای پاسخ به چگونگی انجام این فرآیند و اینکه چه نوع اجرام آسمانی، تامین‌کننده‌ی انرژی این فرآیند بوده‌اند و چه تعداد از آن‌ها مورد نیاز هستند، تمام تلاش خود را به‌کار بسته‌اند.

در حال حاضر، توجه محققان بیشتر به جهان اولیه معطوف شده است. آن‌ها از کهکشان‌ها و ماده تاریک به عنوان یک لنز عظیم کیهانی برای دیدن برخی از اولین کهکشان‌های شناخته شده، استفاده می‌کنند تا بتوانند نقش آنها در از بین رفتن مه حاصل از انفجار بزرگ را پیدا کنند. علاوه بر این، تیمی بین المللی از اخترشناسان،  تعداد زیادی از سیاه چاله‌های عظیم (با جرمی، میلیون‌ها برابر جرم خورشید) را شناسایی کرده‌اند که در جهان اولیه نور افشانی می‌کرده‌اند. گروهی دیگر از اختر‌شناسان به شواهدی از سیاه‌چاله‌های عظیم دست یافته‌اند که چند صد میلیون سال قبل وجود داشته‌اند. اکتشافات جدید می‌تواند تعداد سیاه‌چاله‌های شرکت کننده در فرایند یونش مجدد را معین کند، اگرچه ممکن است این یافته‌ها، منجر به طرح سوالات جدیدی در مورد چگونگی ایجاد این سیاه‌چاله‌های عظیم در ابتدای جهان شود.

نخستین نور

در نخستین سال‌های پس از انفجار بزرگ، جهان به اندازه کافی گرم؛ و شرایط برای تشکیل اتم‌ها مهیا بود. پروتون‌ها و الکترون‌ها با سرعت بالا باعث پراکندگی هر نوری می‌شدند. این پروتون‌ها و نوترون‌ها پس از ۳۸۰ هزار سال، به اندازه‌ی کافی سرد شده و اتم‌های هیدروژن تشکیل دادند که طی صد‌ها میلیون سال با کهکشان‌ها و ستارگان موجود در  آمیخته شدند. نور حاصل از ستارگان این کهکشان‌ها، بسیار پرانرژی و نورانی بوده‌ و بخش اعظم آن‌ها در ناحیه فرابنفش قرار داشتند. این نور از میان تعداد زیادی اتم هیدروژن عبور کرده و موجب از هم گسستگی گاز هیدروژن که در فرایند یونش مجدد مشارکت داشت، شدند، بنابراین واکنش نور با هیدروژن، باعث خاموشی آن شد.

یونش مجدد
اینفوگرافیک شفافیت جهان به کمک یونش مجدد

برای یافتن این ستاره‌ها، ستاره شناسان باید بخش غیرفرابنفش نور را مورد بررسی قرار دهند، اما این نور غیرفرابنفش، نسبتا کم شدت بوده و رویت آن بدون استفاده از ابزار خاص، سخت است. گروهی از محققان کیهان شناسی دانشگاه تگزاس، لنز عظیم کیهانی را برای این مشکل پیشنهاد دادند. این لنزهای گرانشی هنگامی تشکیل می‌شوند که یک خوشه کهکشانی سرشار از ماده تاریک، باعث خمیدگی فضا-زمان شود. حالا این خمیدگی مانند یک ذره‌بین عمل کرده و اشیای پشت آن، بزرگتر دیده خواهند شد. این تکنیک با استفاده از عکس‌های ارسالی از تلسکوپ فضایی هابل برای بررسی کهکشان‌های بسیار ضعیف با سنی در حدود ۶۰۰ میلیون سال بعد از انفجار بزرگ (زمانی نزدیک به زمان یونش مجدد) مورد استفاده قرار گرفت. مطالعات محققان نشان داده که اگر چنین کهکشان‌هایی، به کهکشان‌های شناخته شده امروزی اضافه شوند، ستاره‌ها قادر به تولید نور فرابنفش با شدت مناسب خواهند بود که منجر به یونش مجدد می‌شود.

با این همه، برای انجام چنین کاری، ستاره‌شناسان می‌بایست میزان نور فرابنفش ساطع‌شده از یک ستاره از کهکشان مادر (و مملو از گاز هیدروژن مسدود‌کننده‌ی نور) که توانایی عبور از میان جهان و یونیزه کردن آن را داشته باشد را تخمین بزنند. این تخمین که از آن تحت عنوان کسر گریز (Escape Fraction) یاد می‌شود، باعث ایجاد یک عدم قطعیت قابل توجه خواهد شد. با این حال برخی از دانشمندان، نتایج بدست آمده از این مطالعات را قابل استناد نمی‌دانند.

حاکمیت سیاه چاله‌های بسیار سنگین

اگر ستاره‌ها نمی‌توانند یونش مجدد را انجام دهند، سیاه چاله‌های پرجرم شاید بتوانند! این سیاه چاله‌های بسیار سنگین، ماده‌ای تا یک میلیارد برابر جرم خورشید را مانند یک افعی غول‌پیکر می‌بلعند. این اجرام کیهانی موجب افزایش دما و در نتیجه حذف بخش قابل توجهی از نور شده و باعث ایجاد اشیا نورانی به نام اختروش‌ها (quasars) می‌شوند. از آنجا که این اجرام کیهانی، توانایی بیشتری در حذف تابش‌های یونیزه نسبت به ستاره‌ها دارند، از دیدگاه نظری گزینه‌ی محتمل‌تری برای یونش مجدد به حساب می‌آیند.

برای حل این مسئله، نیاز به بررسی تعداد بیشتری از اختروش‌هاست. گروهی از محققان، با استفاده از تلسکوپ سوبارو توانسته‌اند تا ۳۳ اختروش جدید را کشف کنند که ۱۰ برابر نورانی‌تر از اختروش‌های قبلا کشف‌شده هستند. اکنون ستاره‌شناسان می‌توانند میزان نور فرابنفش ساطع شده از این سیاه چاله‌های ابر‌سنگین را محاسبه کنند. اگرچه هنوز آزمایش‌ها به سرانجام نرسیده، اما آن‌ها امیدوارند به نتایج قابل‌توجه و مهمی در مورد منشا نخستین نور ایجاد شده در جهان دست یابند.

یونش مجددقدمت قدیمی‌ترین اختر‌وش کشف شده متعلق به میلیون‌ها سال پس از انفجار بزرگ است که به نظر می‌رسد زمان کافی برای بلعیدن مواد و تبدیل شدن به یک سیاه چاله‌ی ابر‌جرم را داشته، اما مطالعات انجام شده توسط گروهی دیگر از محققان باعث سردرگمی دانشمندان شده است. این محققان یک ستاره‌ی نورانی با سن ۶۰۰ میلیون سال پس از انفجار بزرگ را کشف کرده‌اند. طیف کهکشانی ثبت شده، حاوی نیتروژن‌های یونیزه شده بودند. فرایند یونیزه شدن نیتروژن به مراتب پیچیده‌تر و سخت‌تر از یونیزه‌شدن هیدروژن است، زیرا به نور فرابفنشی با انرژی بیشتر از آنچه که توسط ستاره‌ها نشر می‌شود، نیاز دارد. بنابراین دانشمندان نتیجه گرفتند که برای انجام چنین فرآیند پر انرژی، حضور یک سیاه چاله‌ بسیار سنگین، ضروری به‌نظر می‌رسد.

مطالعات انجام شده توسط گروه‌های مختلف، تنها برای یافتن رابطه‌ای مستقیم برای توضیح این سوال که «چه چیزی باعث یونیزه شدن جهان شده؟» انجام شده است. احتمالا نخستین جمعیت ستاره‌های جوان و داغ، آغازگر چنین فرآیندی بوده‌ و آن را برای صدها میلیون سال، به جلو رانده‌اند. با مرگ این ستاره‌ها در طول زمان، ستاره‌هایی که جایگزین آن‌ها می‌شدند به اندازه کافی روشن و گرم نبودند، اما در این نقطه در تاریخ کیهانی، سیاه چاله‌ها زمان کافی برای رشد داشته و توانایی پیش‌برد چنین فرآیندی را داشته‌اند. گروهی از محققان در تلاش‌اند تا با مشاهدات دقیق و شبیه‌سازی نتایج به دست آمده، فعالیت کهکشان‌های اولیه را مورد رصد قرار دهند تا بتوانند تخمینی دقیق از تعداد ستاره‌ها و سیاه چاله‌های ابرسنگین سهیم در این فرآیند بدست آورند. هرچند نتایج حاصل از این یافته‌ها ممکن است سوالات بی‌شمار دیگری را پیش روی دانشمندان ظاهر کند…

دکترای شیمی معدنی از دانشگاه فردوسی مشهد علاقه مند به بیو شیمی معدنی و شیمی محاسباتی مخصوصا بررسی نقش فلزات در سیستم های زیستی مانند نقش آهن در تالاسمی!

ارسال نظر

*