چگونه یافته‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب مدل‌های ما از تکامل کیهانی را دگرگون می‌کند - بخش دوم
خوش آمدید به ادامه بررسی ما از آنچه تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) درباره کیهان … تاکنون آشکار کرده است.
در قسمت قبلی ، دیدیم چگونه مشاهدات وب پرده از دوران تاریکی کیهانی برداشت و اولین کهکشان‌های موجود در کیهان را آشکار کرد. این مشاهدات همچنین به نجوم‌شناسان اجازه داد تا تخمین‌های خود درباره انبساط کیهان (معروف به ثابت هابل) را به‌روزرسانی کنند، چیزی که دهه‌ها در تلاش برای انجام آن بودند.
با این حال، این مشاهدات یافته‌های واقعاً غیرمنتظره‌ای را نشان داد. مشاهدات وب نشان داد که تعداد بیشتری از کهکشان‌ها در اوایل کیهان وجود دارد نسبت به آنچه مدل‌های کیهانی ما پیش‌بینی کرده بودند. علاوه بر این، کهکشان‌ها بسیار درخشان‌تر از حد انتظار بودند، که نشان می‌دهد ستارگان با سرعت بیشتری تشکیل می‌شدند نسبت به پیش‌بینی‌های مدل‌ها.
علاوه بر این، مشاهدات نشان داد که واقعاً تداخلی بین اندازه‌گیری‌های فاصله محلی و اندازه‌گیری‌های کیهان اولیه وجود دارد (معروف به کشمکش هابل).
نجوم‌شناسان و کیهان‌شناسان به سختی مشغول توضیح این یافته‌های غیرمنتظره بوده‌اند و برخی نظریه‌های جالب پیشنهاد شده است. این موارد شامل انرژی تاریک اولیه (EDE) است، که در اوایل کیهان به آن یک نیروی بیشتر داده است، اما جستجو برای توضیحات همچنان ادامه دارد.
در این حین، وب کشفیات شگفت‌انگیز دیگری نیز نزدیک به خانه انجام داده است. این شامل مشاهدات سیارات فراخورشیدی، اولین سیاه‌چاله‌های فوق‌العاده جرم (SMBHs) در کیهان، و جزئیات شگفت‌انگیز درباره سیارات منظومه شمسی است.
مشخصه‌سازی سیارات فراخورشیدی
JWST زمینه مطالعه سیارات فراخورشیدی را با انتقال از کشف به مشخصه‌سازی دقیق دگرگون کرده است.
تا به امروز، نجوم‌شناسان ۵۷۸۷ سیاره فراخورشیدی در ۴۳۲۵ سیستم سیاره‌ای تأیید کرده‌اند و هزاران تای دیگر در انتظار تأیید هستند. با استفاده از ابزارهای IR پیشرفته و طیف‌سنج‌های وب، دانشمندان می‌توانند جو این سیارات را برای امضاهای شیمیایی مانند بخار آب، اکسیژن یا متان تحلیل کنند که ممکن است به قابلیت حیات یا حتی زندگی اشاره کند.
یکی از سیارات فراخورشیدی خاصی که وب مشاهده کرد WASP-96 b بود، یک «مشتری داغ» که به‌شدت نزدیک به ستاره‌ای شبیه خورشید خود به فاصله ۱۱۵۰ سال نوری می‌چرخد. با تشکر از تلسکوپ، دانشمندان در جولای ۲۰۲۲ آب و شواهدی از «ابرها و غبارها» در جو سیاره را شناسایی کردند.
تجزیه و تحلیل‌های بعدی وجود دی‌اکسید کربن و سایر فراوانی‌های شیمیایی را تأیید کرد. این امر به‌شدت غیرمنتظره بود زیرا گمان می‌شد سیاره برای وجود ابرها در جو، بسیار داغ باشد.
وب همچنین چیزهای جالبی درباره K2-18 b آشکار کرد، یک سیاره صخره‌ای که اندازه و جرمی چندبرابر زمین دارد. این سیاره به دور یک ستاره کوتوله قرمز به فاصله ۱۲۰ سال نوری از زمین می‌چرخد و در سال ۲۰۱۵ مشاهده شد.
مشاهدات قبلی با هابل نشان می‌داد که K2-18 b ممکن است یک «جهان هایسیی» باشد - یک سیاره با جو غنی از هیدروژن و پوشیده از اقیانوس‌ها. با این حال، در سپتامبر ۲۰۲۳، JWST متان و دی‌اکسید کربن در جو سیاره شناسایی کرد. این شواهدی بر وجود حیات نیست اما نشانه‌های زیستی واضحی است که ممکن است وجود زندگی را نشان دهد.
سیاه‌چاله‌های فوق‌العاده جرم
یکی از موفقیت‌های بزرگ JWST مشاهده سیاه‌چاله‌های فوق‌العاده جرم (SMBHs) در اوایل کیهان بود. با مشاهده بذرهای این سیاه‌چاله‌ها در کهکشان‌هایی که کم‌تر از ۱ میلیارد سال پس از بیگ بنگ وجود داشتند، نجوم‌شناسان می‌توانند بهتر درک کنند که چگونه این اجسام عظیم تکامل یافتند.
دهه‌ها است که نجوم‌شناسان می‌دانند SMBHها در مرکز بزرگ‌ترین کهکشان‌های کیهانی قرار دارند. وجود این اجسام عظیم باعث می‌شود که گاز، گرد و خاک و ستارگان اطراف به داخل آنها سقوط کرده و دیسک های تجمع درخشانی تشکیل دهند.
این امر منجر به ایجاد هسته‌های فعال کهکشانی (AGN)، یا اختروش‌ها می‌شود که در آنها مرکز كهكشان به‌طور دوره‌ای از تمام ستاره‌های دیسک درخشان‌تر می‌تابد.
در سال ۲۰۲۳، وب كهكشان‌هایی را مشاهده کرد که در زمان کیهان کم‌تر از یک میلیارد سال بودند. کشف جالبی زمانی رخ داد که نجوم‌شناسان EGSY8p7 را مطالعه کردند، كهكشانی که تنها ۵۷۰ میلیون سال پس از بیگ بنگ وجود داشت.
با این حال، کمی تبدیل به سورپرایز شدند که یک SMBH در مرکز این کهکشان جوان به جرم تقریباً ۹ میلیون برابر جرم خورشید قرار داشت. طبق بیانیه‌ای که توسط مؤسسه علوم تلسکوپ فضایی (STScI) درباره این کشف صادر شد:
«سیاه‌چاله درون CEERS 1019 به سیاه‌چاله‌ای که در مرکز کهکشان راه شیری ما وجود دارد، شبیه‌تر است و ۴.۶ میلیون برابر جرم خورشید می‌باشد. این سیاه‌چاله نیز به بزرگی هیولاهای قبلی شناسایی شده نیست. اگرچه کوچکتر است، این سیاه‌چاله آنقدر زودتر وجود داشته است که هنوز هم توضیح دادن چگونگی تشکیل این زودهنگام آن پس از آغاز کیهان دشوار است.
با این حال، این کشف به‌طور دقیق یک افشاگری انفجاری نبود. همانطور که اخترفیزیکدان نظری و نویسنده علمی اتان سیگل به Interesting Engineering گفت:
“ما سالیان زیادی سیاه‌چاله‌های فوق‌العاده جرم بزرگی به اندازه صدها میلیون برابر جرم خورشید را در کهکشان‌هایی که تقریباً به این اندازه جوان بودند مشاهده کرده بودیم: 700-1000 میلیون سال پس از بیگ بنگ. با ظهور JWST، توانستیم به زمان‌های پیشین برگردیم و کهکشان‌های قبلی را پیدا کنیم. آنها هنوز هم دارای سیاه‌چاله‌های فوق‌العاده جرم بودند. CEERS 1019 رکورد 'اولین سیاه‌چاله فوق‌العاده جرم' را ثبت کرد اما خیلی بزرگ نبود و تنها کمی پیش‌تر از دیگر سیاه‌چاله‌های فوق‌العاده جرم بود. همچنین در یک کهکشان بزرگ و سطح بزرگی از نظر محتوای ستاره‌ای خود که خیلی بیش از میزان جرم سیاه‌چاله داخلش بود، قرار داشت که انتظار می‌رفت.”
شگفتی واقعی زمانی رخ داد که نجوم‌شناسان مشاهدات دوگانه‌ای با استفاده از وب و رصدخانه چاندرا برای مطالعه UHZ1 انجام دادند. این کهکشان زمانی که کیهان حدود 470 میلیون سال داشت، موجود بود.
در مرکز، آنها یک سیاه‌چاله عظیم (با نام CEERS 1019 ) را دیدند که 40 میلیون برابر جرم خورشید ماست. این کشف باعث تعجب دانشمندان شد و به‌طور قابل توجهی بر درک ما از تکامل کیهانی تاثیر گذاشت. سیگل گفت:
“تفکر غالب قبل از JWST این بود که سیاه‌چاله‌ها از ستارگان تشکیل می‌شدند، و سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای به نوعی به سروکله‌هایی که در زمان‌های بعد ظاهر می‌شدند رشد می‌کردند. این می‌تواند توضیح داده شود در صورتی که این کهکشان‌های اولیه جرم بسیار بیشتری در ستارگان (حداقل با ضریب ۱۰۰۰) نسبت به جرم مرکزی سیاه‌چاله فوق‌العاده جرم دارند. برای CEERS 1019 این هنوز واقعیت دارد، اگرچه به‌سختی. اما تا زمانی که UHZ1 را یافتیم، و با چاندرا دو مشاهده کردیم، واقعاً سیاه‌چاله بزرگی پیدا کردیم و دانستیم، 'نه، این داستان اصلی واقعاً کار نمی‌کند.'”
این کشف باعث شد تا نجوم‌شناسان پیشنهاد دهند که بذرهای اولین سیاه‌چاله‌های فوق‌العاده جرم ممکن است سیاه‌چاله‌های ناشی از فروپاشی مستقیم باشد که از فروپاشی ستارگان عظیم‌الجثه خیلی زود در جهان شکل گرفته است.
ستاره‌شناسان به این‌ها به عنوان ستارگان نسل سوم اشاره می‌کنند که تقریباً به‌طور نظری بسیار داغ، بسیار بزرگ و کم‌عمر بوده‌اند. همانطور که در قسمت قبلی گفته شد، این ستارگان به‌طور کلی منجر به دوره یونش دوباره شدند که باعث شد جهان حدود 13 میلیارد سال پیش
