جهان اولیه تقریبا آنطور که دانشمندان فکر می کردند بکر نبود
JWST فاش کرده است که کهکشان ها کربن، اکسیژن و سایر عناصر سنگین را فقط 500 میلیون سال پس از انفجار بزرگ در فضا پخش می کردند. این کشف شگفت‌انگیز نشان می‌دهد که جهان جوان خیلی زودتر از آنچه انتظار می‌رفت از نظر شیمیایی غنی شده است و به طور بالقوه آثار اولین ستاره‌هایش را پاک می‌کند.
تنها حدود 500 میلیون سال پس از انفجار بزرگ، زمانی که جهان تقریبا 3 درصد از سن کنونی خود را داشت، برخی از اولین ستارگان و کهکشان ها شروع به درخشش کرده بودند. اخترشناسان عموما انتظار داشتند که بسیاری از گازهای اطراف این کهکشان‌های جوان تقریبا بکر بوده و عمدتا از هیدروژن و هلیوم، عناصر اساسی که بر کیهان تازه متولد شده تسلط داشتند، تشکیل شده است.
شواهد جدید نشان می دهد که این تصویر ممکن است ناقص باشد. مطالعه‌ای که توسط ستاره‌شناسان دانشگاه آریزونا انجام شد و در Nature Astronomy منتشر شد، نشان می‌دهد که کهکشان‌های اولیه در حال حاضر عناصر سنگین‌تری مانند کربن و اکسیژن را خیلی زودتر از حد انتظار به فضای اطراف می‌فرستادند.
یونگدا ژو، نویسنده اول مقاله و محقق فوق دکتری در دپارتمان نجوم و رصدخانه استوارد، گفت: "ما مشاهده کردیم که عناصر سنگین در زمان کیهانی خیلی خیلی زود از کهکشان ها فرار کردند." نه تنها کهکشان‌ها این عناصر را تولید می‌کردند، بلکه آنها را پراکنده می‌کردند و احتمالا کهکشان‌های دیگر را می‌باریدند.»
اولین جهان به جز هیدروژن و هلیوم، دو عنصر ساده در بالای جدول تناوبی، مقدار کمی داشت. وقتی گرانش این مواد را به صورت ابرهای متراکم جمع کرد، ستارگان شروع به شکل گیری کردند. درون آن ستارگان، گرما و فشار شدید، همجوشی هسته‌ای و واکنش‌های دیگری را فعال کرد که عناصر سنگین‌تری مانند کربن و اکسیژن را ایجاد کرد.
وقتی ستارگان به پایان عمر خود رسیدند، از جمله برخی از آنها که به صورت ابرنواختر منفجر شدند، آن عناصر را در فضا رها کردند. این ماده بعدا بخشی از نسل های جدید ستارگان و سیارات شد و در نهایت به شیمی مورد نیاز برای زندگی کمک کرد. کربن موجود در بدن انسان و اکسیژنی که مردم تنفس می کنند، هر دو در نسل های قبلی ستارگان تولید شده اند.
چیزی که نامشخص باقی ماند این بود که آن عناصر سنگین‌تر با چه سرعتی از اولین کهکشان‌ها فرار کردند و در جهان گسترده‌تر پخش شدند.
زو و همکارانش بر روی سه کهکشان بسیار دور متمرکز شدند که نور آنها بیش از 13 میلیارد سال سفر کرده است. مشاهدات کهکشان‌ها را نشان می‌دهد که تقریبا 500 میلیون سال پس از انفجار بزرگ، در دوره‌ای به نام دوره یونیزاسیون مجدد ظاهر شدند.
در این دوران، اولین نسل از ستارگان و کهکشان ها با یونیزه کردن گاز هیدروژن بین کهکشان ها، کیهان را تغییر شکل دادند. در این فرآیند، الکترون‌ها از هسته‌های هیدروژن جدا شدند. با پیشرفت یونیزه شدن مجدد، نور فرابنفش توانست آزادانه تر در فضا حرکت کند و به پایان «عصر تاریک» کیهانی کمک کرد.
ژو گفت: ما از خود کهکشان ها به عنوان منابع نور پس زمینه استفاده کردیم. همانطور که نور کهکشان ها به سمت زمین حرکت کرد، از گازهای اطراف عبور کرد و ما توانستیم الگوهای جذب نور را برای شناسایی عناصر خاص بررسی کنیم.
تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا این مشاهدات را به دلیل قابلیت های فروسرخ خود امکان پذیر کرد که به اخترشناسان اجازه می دهد کهکشان ها را همانطور که بیش از 13 میلیارد سال پیش ظاهر شده اند مطالعه کنند. نزدیک به 30 ساعت زمان نوردهی، نور کافی را برای تیم برای شناسایی ویژگی های جذب بسیار ضعیف در طیف کهکشان های دور جمع آوری کرد.
عناصر سنگین از قبل به فضا می گریختند
در طول یک شب طولانی، زو به صورت دستی طیف JWST در دسترس عموم را از صدها کهکشان بررسی کرد. او در نهایت سه مورد را شناسایی کرد که الگوهای جذب آنها شواهدی از عناصر سنگین از جمله کربن، اکسیژن و سیلیکون را نشان داد.
خطوط جذب در مقایسه با جابجایی به سرخ کهکشان‌ها به رنگ آبی تغییر کرده بودند. این جابجایی نشان داد که گاز به سمت بیرون حرکت می کند و اکسیژن، کربن و سایر عناصر سنگین را از کهکشان ها دور کرده و به فضای بین کهکشانی می برد.
به طور قابل توجهی، امضاهای شیمیایی اطراف این کهکشان‌های نوزاد شبیه به آنهایی بودند که میلیاردها سال بعد در اطراف کهکشان‌های بالغ‌تر یافت شدند. این یافته نشان می دهد که حتی در سپیده دم کیهانی، کهکشان ها قبلا عناصر سنگینی را می ساختند و آنها را در محیط اطراف خود پخش می کردند.
ژو می‌گوید: «به این عناصر فکر کنید که از ستاره‌های کهکشان‌ها سرچشمه می‌گیرند، زیرا رنگ خوراکی در یک فنجان آب می‌ریزد. رنگ شروع به پخش شدن در آب می کند و به روشی مشابه، این عناصر سنگین از کهکشان های اولیه شروع به فرار به فضا و "غنی سازی" محیط اطراف خود کردند."
اخترشناسان تبادل مواد به داخل و خارج کهکشان ها را چرخه باریون می نامند. این فرآیند نشان می دهد که کهکشان ها اجرام کاملا ایزوله نیستند. در عوض، آنها با محیط اطراف خود به عنوان بخش هایی از یک اکوسیستم کهکشانی بسیار بزرگ تر، با مواد ایجاد شده توسط یک نسل از ستارگان که بازیافت و توزیع می شوند، تعامل دارند.
یافتن شواهدی مبنی بر اینکه دوچرخه‌سواری باریون از قبل این‌قدر زود در جریان بوده است، می‌تواند به توضیح یک معمای طولانی مدت مربوط به ستاره‌های جمعیت III کمک کند. تصور می‌شود که این ستارگان فرضی اولین نسل کیهان بوده‌اند، که از گاز بکر فقط از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده‌اند، قبل از اینکه عناصر سنگین‌تر به طور گسترده گسترش یابند.
اگر تنها 500 میلیون سال پس از انفجار بزرگ کهکشان‌ها فضای اطراف را غنی می‌کردند، ممکن بود گاز واقعا بکر به سرعت ناپدید شده باشد. در نتیجه، ستارگان جمعیت III ممکن است برای مدت طولانی رایج نبوده باشند که به راحتی قابل مشاهده باشند.
ژو گفت: «اگر با بستنی وانیلی خالص شروع کنید اما بلافاصله بعد از آن شروع به مخلوط کردن کنید، زمان زیادی طول نخواهد کشید تا دیگر نتوانید بستنی بکر و ساده وانیلی پیدا کنید.
مواد ارائه شده توسط دانشگاه آریزونا. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.
یک سیگنال مغزی شگفت انگیز می تواند توضیح دهد که چرا خوردن پروتئین کمتر باعث افزایش طول عمر می شود
مصرف کنندگان شاهدانه بیشتر احتمال دارد مرتکب خشونت شوند و خشونت را تجربه کنند، مطالعه کنید
دانشمندان از هم پاشیدگی قمرها را شبیه سازی کردند - و چیزی غیرمنتظره پیدا کردند
DNA سرکش سرطان دارای پاشنه آشیل است - و دانشمندان به تازگی آن را پیدا کردند
متن اصلی (انگلیسی)
The early universe wasn’t nearly as pristine as scientists thought
JWST has revealed that galaxies were spreading carbon, oxygen, and other heavy elements through space just 500 million years after the Big Bang. The surprising discovery suggests the young universe became chemically enriched much earlier than expected, potentially erasing traces of its very first stars.