اخیراً نگاهی ژرف به اعماق جهان، لحظه‌ای نادر را ثبت کرده است؛ زمانی که برخی کهکشان‌های جوان، برای نخستین‌بار انفجار عمده‌ای از ستارگان را آغاز کردند. این فلش‌بک کیهانی به اخترشناسان کمک کرد تا دورانی را شناسایی کنند که ساختارهایی بسیار شبیه به کهکشان راه شیری شکل گرفتند و درخشیدن را آغاز کردند.
اهمیت این کشف در درک تکامل کهکشان‌ها
این کشف، پنجره‌ای تازه به روی چگونگی رشد کهکشان‌ها باز می‌کند؛ از ابرهای محو و کم‌نور تا مارپیچ‌های باشکوهی که آسمان امروزی را زینت می‌دهند.
کهکشان‌هایی در اوج درخشش
بررسی ساطع‌کنندگان لایمن آلفا (LAEs)
پژوهشگران دانشگاه راتگرز در نیوبرانزویک، همراه با محققانی از چندین مؤسسه، دسته‌ای استثنایی از اجرام باستانی موسوم به «ساطع‌کنندگان لایمن آلفا» یا LAEs را تحلیل کردند. این اجرام در فاصله‌ای حدود ۱۲ میلیارد سال نوری قرار دارند و متعلق به دوره‌ای موسوم به «ظهر کیهانی» (Cosmic Noon) هستند.
ابزارهای تخصصی و هوش مصنوعی
گروه تحقیقاتی با استفاده از تصاویر ویژه حاصل از پیمایش ODIN که با دوربین انرژی تاریک در شیلی گرفته شده بود، و بهره‌گیری از ابزارهای یادگیری ماشینی، توانستند جزئیات حیاتی از زندگی هر کهکشان را استخراج کنند.
کهکشان‌ها چگونه می‌درخشند؟
نقش ستارگان جوان و پرانرژی
کهکشان‌های LAE به‌واسطه تابش شدید فرابنفش از سوی ستارگان جوان و داغ، درخشان هستند. با گسترش کیهان، این تابش به نور مرئی لایمن آلفا تبدیل می‌شود و LAEs را به چراغ‌هایی در آسمان کیهانی تبدیل می‌کند که توسط تلسکوپ‌های مدرن قابل مشاهده‌اند.
«LAEs به‌عنوان اجداد کهکشان‌های امروزی نظیر راه شیری شناخته شده‌اند،» به گفته نیکول فایراستون، نویسنده اصلی مقاله و پژوهشگر دانشگاه راتگرز.
«اکنون که می‌دانیم این کهکشان‌ها چه زمانی ستارگان خود را شکل داده‌اند، داستان منشأ کهکشان خودمان را نیز کشف کرده‌ایم.»
نقطه شروع شکل‌گیری کهکشان‌ها
تداوم پژوهش‌های پیشین
این پروژه بر پایه مطالعاتی استوار است که پیش‌تر توسط پروفسور اریک گاویزر انجام شده بود. او نشان داد که LAEs در نهایت به کهکشان‌هایی شبیه راه شیری تکامل می‌یابند.
حل یک معمای دیرینه
با این حال، پرسشی باقی مانده بود: آیا اخترشناسان باید حتی به عقب‌تر از این دوره نگاه می‌کردند تا شاهد نخستین لحظه شکل‌گیری این سیستم‌ها باشند؟
«تا امروز، هنوز نمی‌دانستیم آیا به اندازه کافی در زمان به عقب رفته‌ایم یا نه،» گاویزر گفت.
«اکنون پاسخ این پرسش مثبت است.»
رمزگشایی نور کیهانی با هوش مصنوعی
پردازش تصویر با الگوریتم ویژه
برای رسیدن به این نتیجه، دانشمندان از مشاهدات دقیق‌نگرانه ODIN بهره گرفتند که صد درجه مربع از آسمان جنوبی را پوشش می‌داد. در این تصاویر، LAEs با درخشش برجسته در یک طول موج باریک نمایان می‌شوند، در حالی که در رنگ‌های معمول چندان روشن نیستند.
بازسازی تاریخچه ستاره‌سازی
سپس الگوریتمی که توسط گاویزر و دانش‌آموخته پیشینش کارتیک آیر توسعه یافته بود، به کار گرفته شد تا تاریخچه سرعت تولید ستارگان در هر کهکشان بازسازی شود.
«برای نخستین‌بار توانستیم با قطعیت نشان دهیم که اکثر LAEs در حال تجربه نخستین انفجار عظیم ستاره‌ای خود هستند،» فایراستون اظهار داشت.
«و فقط دارای ستارگان بسیار جوان هستند.»
نخستین مراحل کهکشان راه شیری
اهمیت دوره «ظهر کیهانی»
ظهر کیهانی حدود ۲ تا ۳ میلیارد سال پس از مه‌بانگ (Big Bang) را در بر می‌گیرد؛ زمانی که روند شکل‌گیری کهکشان‌ها به اوج خود رسید.
لحظه‌ای که گاز به ستاره تبدیل شد
با تمرکز بر این دوره، محققان توانستند کهکشان‌های LAE را دقیقاً در زمانی رصد کنند که گازها در آن‌ها به ستارگان نخستین تبدیل می‌شدند.
شکل‌گیری راه شیری در همین دوره
تحلیل‌ها نشان داد که ۹۵ درصد از نمونه‌ها در اوج تولید ستاره قرار دارند و به‌سرعت هیدروژن خام را به ستارگان نوزاد تبدیل می‌کنند. این زمان‌بندی نشان می‌دهد که کهکشان راه شیری نیز احتمالاً در همین بازه زمانی شکل گرفت و روشن شد.
درک فرآیند اولیه شکل‌گیری کهکشان‌ها
تأیید جوانی LAEs
یقین یافتن از اینکه LAEs کهکشان‌هایی جوان هستند، به یکی از مسائل بنیادی در تکامل کیهان پاسخ می‌دهد. اگر آن‌ها سیستم‌هایی قدیمی بودند که دوباره فعال شده‌اند، نورشان داستانی متفاوت از شکل‌گیری دیسک‌های مارپیچ و دوام گازهای مولد ستاره‌ها روایت می‌کرد.
محدود کردن نظریه‌ها
با تأیید جوانی این کهکشان‌ها، مطالعه حاضر توانسته محدوده نظریه‌های مربوط به گردآوری ماده، سرعت رشد کهکشان‌ها و زمان‌بندی رسیدن به شکل‌های مشخص را تنگ‌تر کند.
«این کشف به ما کمک می‌کند بفهمیم که کهکشان راه شیری ما، هنگام آغاز فرایند ستاره‌زایی، چگونه به نظر می‌رسیده،» گاویزر گفت.
نقشه‌ای برای تلسکوپ‌های آینده
نقش تلسکوپ جیمز وب
نتایج دانشگاه راتگرز در زمانی منتشر شده‌اند که تلسکوپ فضایی جیمز وب در حال مشاهده LAEs کم‌نورتر و متعلق به زمان‌های دورتر است.
تکمیل شجره‌نامه کیهانی
دید فروسرخ جیمز وب، این چراغ‌های ظهر کیهانی را به شرایط اولیه‌ای از سپیده‌دم جهان پیوند می‌دهد.
با مقایسه نرخ‌های ستاره‌سازی در آن دوران‌ها، اخترشناسان امیدوارند قوس کامل تحول از جرقه‌های نخست جهان تا بازوان مارپیچی ساخت‌یافته امروز را ترسیم کنند.
گسترش فهرست ستاره‌ها و کهکشان‌ها
رصدخانه‌های زمینی آینده
ورای مشاهدات جیمز وب، پروژه‌های آینده با رصدخانه‌هایی چون Vera C. Rubin نیز اطلاعاتی مانند رنگ، حرکت، و ترکیب شیمیایی LAEs را به تصویر می‌کشند.
جایگاه هوش مصنوعی
هر مجموعه داده‌ی جدید به مدل‌سازی دقیق‌تر نحوه سرد شدن گازها، غنی شدن ستارگان تازه با فلزات، و ادغام کهکشان‌های کوچک در کهکشان‌های بزرگ‌تر کمک خواهد کرد.
روش‌های یادگیری ماشینی مشابه آنچه در دانشگاه راتگرز توسعه یافته، برای بررسی انبوه این داده‌ها ضروری خواهند بود.
دیدگاه آینده به کیهان
نقطه عطفی در اخترشناسی
در حال حاضر، این مطالعه نقطه عطفی به شمار می‌رود. با ثبت نخستین شعله‌های درخشش LAEs، محققان توانسته‌اند دوره‌ای را شناسایی کنند که کهکشان‌هایی همچون راه شیری در آن شکل گرفتند و شروع به درخشیدن کردند.
پیامدهای این کشف
این بینش منحصر به‌فرد، جدول زمانی تکامل کهکشان‌ها را بازنویسی می‌کند، چارچوب نظریه‌های کیهان‌شناسی را محدودتر می‌سازد، و معیاری برای اکتشافات آینده فراهم می‌سازد.
با افزایش دقت ابزارهای رصدی و هوشمندتر شدن الگوریتم‌های کامپیوتری، درخشش‌های محو ظهر کیهانی همچنان به روشن کردن نخستین فصل‌های کیهان ادامه خواهند داد، و ما را به درکی کامل‌تر از منشأ ستارگان، سیارات، و آسمان هدایت خواهند کرد.
این مطالعه در نشریه The Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.
