رازگشایی از اسرار بیگ بنگ چهارده میلیارد سال قبل!

به گزارش «تابناک» به نقل از خبرآنلاین، در آن زمان، گاز هیدروژن که بیشتر مواد موجود در فضای بین کهکشان‌های امروزی را تشکیل می‌دهد، دارای بار الکتریکی شد. برانت رابرتسون، رهبر گروه تحقیقاتی اختر فیزیک محاسباتی در دانشگاه کالیفرنیا در این باره می‌گوید: «در آن دوره که دوران "یونیزه شدن مجدد" نام گرفته، یکی از آخرین تغییرات عمده در جهان رخ داد.» و عملا طلوع و ظهور کیهانی بود که ما آن را می شناسیم.

اما دانشمندان نتوانسته‌اند تا جزئیات آنچه در طول دوران یونیزه شدن مجدد تا به امروز رخ داده را مشاهده کنند. تلسکوپ فضایی جیمز وب، اخیرا توسط ناسا به فضا فرستاده شده تا بتواند با ثبت تصاویری منحصر به فرد، ابهامات درباره این دوره شکل‌گیری را تا حدودی شفاف کند.

در این بین، اخترفیزیکدانانی مثل رابرتسون در حال بررسی داده‌های JWST (تلسکوپ جیمز وب) هستند و به دنبال پاسخ‌هایی برای سوالاتی درباره آن طلوع کیهانی الکتریکی و هر آنچه می‌تواند درباره دینامیک شکل‌دهنده جهان امروز به ما بگوید هستند.

بعد از بیگ‌بنگ (مه‌بانگ) چه اتفاقی افتاد؟

دوره یونیزه شدن مجدد، اولین باری نبود که کیهان با الکتریسیته پر شد. درست بعد از انفجار بزرگ بیگ‌بنگ، کیهان تاریک و داغ بود. هیچ ستاره، کهکشان و سیاره‌ای وجود نداشت و به جای آن الکترون‌ها و پروتون‌ها آزادانه حرکت می‌کردند؛ چرا که محیط بیش از حد مملو از بخار بود و شرایط برای جفت شدن آنها فراهم نبود.

طبق توضیح آن هاتر، محقق فوق دکتری در مرکز کازمیک دان (سحرکیهانی) که یک مرکز همکاری تحقیقات بین دانشگاه کپنهاگ دانمارک و موسسه ملی فضایی در دانشگاه فنی دانمارک است در این رابطه می‌گوید:« با سرد شدن کیهان، پروتون‌ها شروع به گرفتن الکترون کردند تا اولین اتم‌ها (مشخصا هیدروژن) شکل بگیرند. این دوره، دوره "بازترکیب" نامیده می‌شود.»

هر ماده موجود در کیهان، در آن زمان به صورت نسبتا یکسانی پراکنده می‌شد و ساختار بسیار کمی وجود داشت. ولی نوساناتی هم در چگالی‌ها وجود داشت و در طول میلیاردها سال تغییرات، اتم‌های ابتدایی را به هم نزدیک کرد تا نهایتا ستاره‌ها تشکیل شدند. گرانش ستاره‌های ابتدایی گاز، اجزا و دیگر ذرات را جذب کرد تا ستاره‌ها و سپس کهکشان‌های دیگر ادغام شوند.

با آغاز روشن شدن کهکشان‌ها، طبق گفته اختر فیزیکدانان، عصر تاریک کیهانی به پایان رسید. رابرتسون در این رابطه می‌گوید:« این اجرام ستاره‌ای، درخشش ویژه‌ای داشتند و آنها از خورشید ما، جرم بیشتری داشتند و با حرارت بالایی می‌سوختند و در طیف فرابنفش می‌درخشیدند.»

رابرتسون ادامه می‌دهد:« نور ماوراء بنفش، اگر به اندازه کافی پرانرژی باشد، می‌تواند هیدروژن را یونیزه کند و تمام آنچه به آن نیاز دارد، تنها یک ذره پرانرژی نور به نام فوتون است تا الکترون یک اتم هیدروژن را جدا کرده و اتم هیدروژن را با بار الکتریکی مثبت رها کند.»

زمانی که کهکشان‌ها شروع به گرد هم آمدن کردند، در ابتدا نواحی اطراف خود را یونیزه کردند و حباب‌هایی از گاز هیدروژن باردار در سراسر کیهان باقی گذاشتند. با رشد خوشه‌های ساطع‌کننده نور، ستاره‌های بیشتری تشکیل شدند تا آنها را درخشان‌تر و مملو از فوتون‌ها کنند. در ادامه کهکشان‌های دیگری نیز شروع به رشد و توسعه کردند و با درخشان شدن این کهکشان‌ها، حباب‌های یونیزه شده نیز شروع به همپوشانی نمودند. رابرتسون دراین باره توضیح می‌دهد:« این باعث شد تا فوتون‌ها از یک کهکشان به فاصله خیلی دورتری سفر کنند چون در هنگام عبور از این شبکه، به اتم هیدروژنی برخورد نمی کردند.»

چهارده میلیارد سال پیش، جهان چگونه بود؟

در آن زمان، بقیه محیط بین کیهانی، حتی مناطقی دور از کهکشان‌ها نیز به سرعت یونیزه می‌شوند و در همان هنگام است که دوره "یونیزه شدن مجدد" به پایان رسیده و کیهانی که آن را می‌شناسیم آغاز شد.
رابرتسون ادامه داد:« این آخرین باری بود که تمام ویژگی‌های کیهان تغییر کرد و در عین حال اولین باری بود که کهکشان‌ها تاثیری فراتر از منطقه و محدوده محلی خود داشتند.»

جیمز وب در جستجوی سرنخ‌های یونیزه شده

با وجود تمام هیدروژنی که بین کهکشان‌ها باردار شده بود، کیهان وارد فاز جدیدی از شکل‌گیری شد. این یونیزه شدن تاثیری موجی بر شکل‌گیری کهکشان داشت: هر ساختار ستاره‌ای شکلی که بعد از طلوع کیهانی شکل گرفت هم احتمالا تحت تاثیر این موضوع قرار گرفت.

هاتر توضیح می‌دهد:« اگر گازی را یونیزه کنید، دمای آن را بالا می‌برید.» این را به یاد داشته باشید که در دمای بالا، ادغام و یکی شدن مواد و تشکیل ستاره‌ها و سیاره‌های جدید سخت می‌شود و حتی ممکن است باعث نابودی گازهایی شود که در محیط وجود دارند. در نتیجه، کهکشان‌های کوچکی که در محیطی یونیزه شده شکل می‌گیرند، ممکن است در به دست آوردن گاز کافی برای تشکیل ستاره‌های بیشتر دچار مشکل شوند. هاتر در این باره ادامه داد:«این واقعا در تعداد ستاره‌های تشکیل شده در کهکشان‌ها تاثیرگذار است و بر تمام تاریخ آنها تاثیر می‌گذارد.»

در این میان دانشمندان هنوز سوالات بزرگ متعددی دارند؛ مثلا اینکه کاملا مطمئن نیستند که دوره یونیزه شدن مجدد و تشکیل اولین کهکشان‌ها چه زمانی آغاز شده است.

اینجاست که تلسکوپ جیمز وب به کمک خواهد آمد. این تلسکوپ جدید برای جستجو در قدیمی‌ترین تکه‌های کیهان که برای چشم انسان قابل رویت نیستند طراحی شده تا داده‌هایی را از اولین سوسوهای ستاره‌هایی که محیط بین کهکشانی را یونیزه کرده‌اند گردآوری کند. ستاره‌شناسان، تا حد زیادی اجرام آسمانی را با تشعشعاتی که از خود ساطع می‌کنند، کشف می‌نمایند. ولی اجرامی که از ما بسیار دور هستند، معمولا درنور مادون قرمز ظاهر می‌شوند؛ چرا که فاصله طول موج آنها را به سمت دورتری منحرف می‌کند.

به صورت خلاصه، دانشمندان با بهره‌گیری از جیمزوب قصد دارند تا به بررسی اولین کهکشان‌ها در پروسه یونیزه شدن کیهان بپردازند. این درحالی است که ابزارهای قدیمی‌تر مثل تلسکوپ فضایی هابل، گهگاهی می‌توانستند کهکشان‌های قدیمی را شناسایی کنند، اما این رصدخانه فضایی جدید، می‌تواند جزئیات دقیق‌تری را به ما ارائه نماید.

رابرتسون دراین باره می‌گوید:« الان ما می‌توانیم خیلی دقیق بگوئیم که چند کهکشان در اطراف ما وجود داشته؛ می‌دانید که ۹۰۰ میلیون سال بعد از بیگ بنگ، ۸۰۰ میلیون سال، ۷۰۰، ۶۰۰ و حتی سیصد میلیون سال بعد از بیگ بنگ چه اتفاقاتی رخ داده.»

اخترفیزیکدانان می‌توانند با بهره‌گیری از این اطلاعات، تعداد فوتون‌های یونیزه کننده در هر دوره را محاسبه کنند و ببینند که ذرات چطور بر محیط اطراف‌شان تاثیرگذاشته‌اند.

ترسیم تصویری از سحر کیهانی، تنها به معنای درک مقیاس بزرگ ساختار کیهان نیست و درعین حال این را توضیح می‌دهد که عناصری مثل کربن و اکسیژن که ما را تشکیل داده‌اند، از آنجا که در داخل اولین ستاره‌ها شکل گرفته‌اند، چه زمانی ایجاد شده‌اند.