جهانی را تصور کنید که در مهی چنان غلیظ فرو رفته بود که نخستین نور ستارگان نمی‌توانست مسافت زیادی را طی کند. این مه حدود ۱۳ میلیارد سال پیش، در فرایندی که اخترشناسان آن را باز‌یونش می‌نامند، کنار رفت. در این فرایند، فوتون‌های پرانرژی الکترون‌ها را از اتم‌های هیدروژن جدا کردند و کیهان را از محیطی کدر به فضایی تا حد زیادی شفاف تبدیل کردند. اکنون مشاهدات تازه تلسکوپ فضایی هابل، روایت ساده و دیرپای دانشمندان درباره چگونگی خروج این فوتون‌ها از کهکشان‌های زادگاهشان را به چالش کشیده است.
این تصویر هنری ستارگان پرجرمی را نشان می‌دهد که تابش یون‌ساز گسیل می‌کنند، اما گازی که بادهای کهکشانی ناشی از ابرنواخترها به حرکت درمی‌آورند می‌تواند مانع خروج این تابش از کهکشان شود.
وقتی باد پاک‌کننده مورد انتظار به پرده‌ای بازدارنده تبدیل می‌شود
سال‌ها نظریه‌پردازان به تصویری ساده تکیه کرده بودند: ستارگان پرجرم به صورت ابرنواختر منفجر می‌شوند، انفجارهای آن‌ها بادهای کهکشانی سریع ایجاد می‌کند و این بادها در گاز کهکشان حفره‌هایی می‌گشایند. سپس فوتون‌های فرابنفش از این مسیرها بیرون می‌ریزند و محیط میان‌کهکشانی را یونیزه می‌کنند. تصویری زیبا و قابل قبول. اما مشاهداتی به سرپرستی کودی کار، پژوهشگری که پیش‌تر در دانشگاه ژجیانگ بود و اکنون در دانشگاه میشیگان فعالیت می‌کند، نشان می‌دهد واقعیت بسیار پیچیده‌تر است.
این گروه با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل، کهکشان‌های ستاره‌فشان نزدیک را بررسی کرد؛ سامانه‌هایی فشرده که با سرعتی بسیار بالا ستاره می‌سازند و به کهکشان‌های آغازین شباهت دارند. پژوهشگران اندازه‌گیری کردند چه مقدار تابش یون‌ساز از این کهکشان‌ها می‌گریزد و گاز در جریان‌های خروجی با چه سرعتی حرکت می‌کند. آن‌ها برای این کار نور کهکشان‌ها را به طیف‌های جداگانه تجزیه کردند و اثر انگشت گاز متحرک را خواندند: فرورفتگی‌های جذب بسته به سرعت و آشفتگی گاز جابه‌جا و پهن می‌شوند.
روند شگفت‌انگیز کاملا روشن است. کهکشان‌هایی که سریع‌ترین و پرانرژی‌ترین بادها را دارند، معمولا کمترین سهم از فوتون‌های یون‌ساز را به بیرون راه می‌دهند. بادهای سریع‌تر، نور نشت‌کرده کمتر. این نتیجه برخلاف این ایده است که جریان‌های خروجی ناشی از ابرنواخترها در درجه نخست مانند ابزار تخلیه عمل می‌کنند و مسیرهایی برای عبور تابش باز می‌کنند.
استفان مک‌کندلیس از دانشگاه جانز هاپکینز، از نویسندگان ارشد این پژوهش، می‌گوید: «به نظر می‌رسد انرژی ستارگان منفجرشده، گاز و غبار را به شکلی به هم می‌ریزد و بازتوزیع می‌کند که پوشش مواد کدر افزایش می‌یابد.» پیامد این یافته صریح است: بادهای ابرنواختری می‌توانند پرده را ضخیم‌تر کنند، نه اینکه آن را پاره کنند.
ستارگان جوان، بادهای کوچک‌مقیاس و راهبردی متفاوت برای خروج نور
اگر ابرنواخترها عامل اصلی فرار تابش نیستند، پس چه چیزی این نقش را بر عهده دارد؟ داده‌ها به سازوکاری محلی‌تر و زودتر اشاره می‌کنند. فشار تابشی و بادهای ملایم ستارگان پرجرم تازه‌متولدشده، در مقیاس‌های کوچک و در همسایگی نزدیک خود کانال‌هایی ایجاد می‌کنند. این کانال‌ها پیش از آن شکل می‌گیرند که نخستین ابرنواخترها منفجر شوند. به بیان دیگر، فوتون‌ها ممکن است خیلی زودتر از کهکشان بیرون بلغزند و از مسیرهایی عبور کنند که تابش ستاره‌ای و جریان‌های آرام ساخته‌اند، نه از مسیرهایی که بازخورد خشن و دیرهنگام انفجارهای ابرنواختری ایجاد می‌کند.
اهمیت این نتیجه فراتر از یک اصلاح نظری ساده است. شبیه‌سازی‌های باز‌یونش کیهانی به شدت به فرض‌هایی وابسته‌اند که توضیح می‌دهند بازخورد ستارگان و ابرنواخترها چگونه گاز کهکشانی را شکل می‌دهد. اگر ابرنواخترها در عمل پوشش گاز خنثی و غبار را افزایش دهند، مدل‌ها باید زمان‌بندی و توازن فرایندهای بازخوردی را دوباره ارزیابی کنند. رِن‌یوئه سِن از دانشگاه ژجیانگ، یکی دیگر از نویسندگان اصلی، می‌گوید این یافته‌ها مدل‌سازان را وادار می‌کند بررسی کنند که تابش و بادهای اولیه ستاره‌ای چگونه پیش از ظهور ابرنواخترها ساختار گاز را تغییر می‌دهند.
این مطالعه در نشریه نیچر آسترونومی منتشر شده و طیف‌سنجی دقیق را با انتخابی راهبردی از نمونه‌های نزدیک شبیه به کهکشان‌های باستانی ترکیب می‌کند. مشاهده کهکشان‌های ستاره‌فشان محلی برای اخترشناسان آزمایشگاهی فراهم می‌کند که در آن می‌توانند فرایندها را با جزئیات اندازه‌گیری کنند و سپس این درس‌ها را به جهان دوردست تعمیم دهند، جایی که مشاهده مستقیم بسیار دشوارتر است.
دیدگاه کارشناس
دکتر لنا اورتیز، اخترفیزیک‌دان دانشگاه کمبریج که در این پژوهش نقشی نداشته است، می‌گوید: «آنچه مرا شگفت‌زده کرد این بود که داده‌ها با وضوح زیادی از سناریوی ساده پاک‌سازی توسط ابرنواخترها فاصله می‌گیرند. این نتیجه نشان می‌دهد زمان‌بندی همه چیز است. نخستین مراحل زندگی ستاره‌ای صحنه را برای فرار فوتون‌ها آماده می‌کند و دوره دیرتر و پرآشوب‌تر ابرنواخترها حتی می‌تواند آن گشودگی‌های اولیه را زیر گاز و غبار جاروب‌شده دفن کند.»
اورتیز اضافه می‌کند که این نتیجه احتمالا شیوه تعریف نسخه‌های بازخوردی در شبیه‌سازی‌های بزرگ‌مقیاس کیهان‌شناسی را تغییر خواهد داد. او می‌گوید: «باید مقیاس‌های کوچک‌تر اطراف خوشه‌های ستاره‌ای جوان را با دقت بیشتری تفکیک کنیم تا ببینیم آیا مدل‌ها می‌توانند این نشت زودهنگام فوتون‌های یون‌ساز را بازتولید کنند یا نه.»
این یافته برای داستان کیهان و مشاهدات آینده چه معنایی دارد
برداشت کلی، محتاطانه اما مهم است. ما هنوز فهرست کاملی از اجرامی که جهان را باز‌یونیده کردند در اختیار نداریم و جدول زمانی کامل چگونگی رخ دادن باز‌یونش را نیز نمی‌دانیم. با این حال، این اندازه‌گیری‌های هابل یک محدودیت عینی ارائه می‌کنند: بادهای ناشی از ابرنواخترها به طور خودکار به معنای افزایش سهم فرار تابش یون‌ساز نیستند و در برخی موارد دقیقا عکس آن رخ می‌دهد.
این گروه قصد دارد برای دریافت زمان رصدی بیشتر از هابل درخواست بدهد تا نمونه کهکشان‌های ستاره‌فشان محلی را گسترش دهد و اندازه‌گیری‌های مربوط به سرعت باد و سهم فرار تابش را دقیق‌تر کند. در همین حال، رصدخانه‌های نسل بعدی که می‌توانند کهکشان‌های کم‌نور جهان آغازین را به طور مستقیم بررسی کنند، خواهند آزمود که آیا این نمونه‌های نزدیک واقعا شرایط انتقال‌به‌سرخ بالا را بازتاب می‌دهند یا نه.
هابل همچنان در کانون این کار قرار دارد. این تلسکوپ، ماموریتی از ناسا با مشارکت آژانس فضایی اروپا و پشتیبانی کمک‌هزینه‌هایی که از سوی مؤسسه علمی تلسکوپ فضایی مدیریت می‌شود، هنوز حساسیت فرابنفش و جزئیات طیفی لازم را برای ردیابی فرار فوتون‌های یون‌ساز در جهان محلی فراهم می‌کند.
جمع‌بندی
مه کیهانی سرانجام کنار رفت، اما سازوکار این شفاف‌شدن از آنچه پیش‌تر تصور می‌شد ظریف‌تر و پیچیده‌تر است. مسیرهایی که به فوتون‌های یون‌ساز اجازه دادند زادگاه خود را ترک کنند، شاید نه با نیروی خشن بادهای ابرنواختری، بلکه زودتر و به دست ستارگان جوان و جریان‌های ملایم‌تر ساخته شده باشند. این تغییر ظریف در نگاه، هم برای مشاهده و هم برای شبیه‌سازی اهمیت دارد، زیرا اخترشناسان در تلاش‌اند تصویر کامل‌تری از چگونگی سپری شدن نخستین یک میلیارد سال تاریخ کیهان بسازند.
.avif)
نظر بگذارید
نظرات
هنوز نظری ثبت نشده. اولین نفر باشید.