کشف خوشه‌های ستاره‌ای در کمان «جواهرات کیهانی»

به نقل از اسپیس، کمان جواهرات کیهانی، که در ابتدا توسط تلسکوپ فضایی هابل کشف شد و به طور رسمی SPT0615-JD1 نام گرفت، یک کهکشان نوزاد با همگرایی گرانشی است که در حدود ۱۳.۳ میلیارد سال نوری از زمین فاصله دارد. این بدان معناست که نور این کهکشان که توسط جیمز وب دیده می‌شود، به اندازه حدود ۹۷ درصد از عمر کیهان به زمین سفر کرده است.

گروه بین‌المللی ستاره‌شناسانی که این کشف را انجام دادند، پنج خوشه ستاره‌ای پرجرم جوان را در کمان جواهرات کیهانی پیدا کردند. این خوشه‌ها در دوره‌ای وجود داشتند که کهکشان‌های جوان در معرض انفجارهای شدید شکل‌گیری ستاره‌ها و ساطع شدن مقادیر عظیمی نور فرابنفش بودند. این تشعشع ممکن است مسئول ایجاد یکی از دو مرحله اصلی در تکامل جهان یعنی دوره بازیونیده‌شدن کیهانی باشد.

مطالعه این خوشه‌های پنج ستاره می‌تواند موارد زیادی در مورد این دوره اولیه در کیهان به اخترشناسان بیاموزد.

آنجلا آدامو(Angela Adamo) از دانشگاه استکهلم و مرکز اسکار کلین(Oskar Klein) در سوئد و رهبر این تیم در بیانیه‌ای گفت: این یک شگفتی باورنکردنی بود. زمانی که ما تصاویر جیمز وب را برای اولین بار باز کردیم، زنجیره کوچکی از نقاط درخشان را دیدیم که از یک طرف به طرف دیگر منعکس شده بودند. این جواهرات کیهانی خوشه‌های ستاره‌ای هستند! بدون جیمز وب، ما نمی‌دانستیم که به خوشه‌های ستاره‌ای در چنین کهکشان جوانی نگاه می‌کنیم!

خوشه‌های ستاره‌ای تازه کشف شده در کمان جواهرات کیهانی به دلیل ماهیت عظیم و متراکم‌شان قابل توجه هستند. چگالی پنج خوشه ستاره‌ای به طور قابل توجهی بیشتر از چگالی خوشه‌های ستاره‌ای نزدیک است.

قانون نسبیت عام نشان می‌دهد که اجسام دارای جرم باعث می‌شوند تا بافت فضا و زمان که به عنوان یک موجودیت چهار بعدی به نام «فضا زمان» شناخته می‌شود، منحرف شود. هر چه جرم یک جسم بیشتر باشد، انحراف فضازمان بیشتر است.

هنگامی که نور از منابعی در  پس زمینه از این تاب خوردگی عبور می‌کند، مسیر آن منحنی می‌شود. هر چه نور به جسم پیچ و تاب خورده نزدیک‌تر می‌شود، مسیر آن منحنی‌تر می‌شود. در نتیجه، نور از یک جسم منفرد می‌تواند بیش از یک بار و در زمان‌های مختلف به یک ناظر، مانند جیمز وب برسد.

این بدان معناست که منابع نور می‌توانند در چندین مکان در یک تصویر ظاهر شوند، موقعیت آنها به موقعیت‌های ظاهری تغییر یابد، یا مفیدتر از همه، نور آنها تقویت شود. پدیده دوم «عدسی گرانشی» نامیده می‌شود و جسم بین یک شی پس‌زمینه دور و زمین به عنوان «شیء همگرا» نامیده می‌شود.

در این مورد، شی همگرا یک خوشه کهکشانی به نام SPT-CL J0615-5746 است و اجرام پس‌زمینه جواهرات کیهانی، خوشه‌های ستاره‌ای آنها و دو کهکشان همگرا در دوردست هستند.

نکته ویژه در مورد کمان جواهرات کیهانی این است که به لطف همگرایی گرانشی، ما در واقع می‌توانیم کهکشان را تا مقیاس پارسک تجزیه کنیم. پارسِک(Parsec) یکی از واحدهای سنجشِ مسافت در ستاره‌شناسی است. یک پارسِک برابر با ۳۰٫۹ تریلیون کیلومتر و معادلِ ۳٫۲۶ سال نوری است.

خوشه‌های کروی چگونه به هم می‌رسند؟

یک مطالعه امیدوارکننده که از این مشاهدات جیمز وب از خوشه‌های ستاره‌ای اولیه حاصل می‌شود، به نحوه شکل‌گیری آرایش ستاره‌ها، به شکل «خوشه‌های کروی» را بررسی می‌کند. همانطور که در کهکشان ما دیده می شود، خوشه‌های کروی یادگارهای باستانی انفجارهای شدید تشکیل ستاره در اوایل جهان هستند.

دانشمندان کاملا مطمئن نیستند که چگونه این توده‌های کروی از ستارگان فشرده که با گرانش به هم متصل بودند،  گرد هم آمدند اما این موضوع می‌تواند مهم باشد زیرا که خوشه‌های ستاره‌ای جوان و پرجرم در کمان جواهرات کیهانی می‌توانند مراحل ابتدایی تشکیل خوشه‌های کروی باشند. این بدان معنی است که آنها می‌توانند یک پنجره فوق العاده مفید برای مراحل اولیه تولد خوشه‌های کروی ارائه دهند.

این پنج خوشه ستاره‌ای همچنین می‌توانند به درک سایر جنبه‌های تکامل کیهانی کمک کنند.

آدامو می‌گوید: چگالی بالای ستاره‌ای که در خوشه‌ها یافت می‌شود، اولین نشانه‌ از فرآیندهای رخ داده در فضای داخلی آنها را به ما ارائه می‌دهد و درک جدیدی را در مورد شکل گیری احتمالی ستاره‌های بسیار عظیم و دانه‌های سیاه چاله، که هر دو برای تکامل کهکشان مهم هستند، فراهم می‌کند.

مطالعه کمان جواهرات کیهانی در حالی ادامه خواهد داشت که محققان پشت این تحقیق در حال برنامه‌ریزی برای رصد این کهکشان اولیه با ابزار طیف‌نگار فروسرخ نزدیک(NIRSpec) و ابزار مادون قرمز میانی(MIRI) در طول چرخه سه عملیات این تلسکوپ فضایی ۱۰ میلیارد دلاری هستند.

بردلی می‌گوید: مشاهدات طیف‌نگار فروسرخ نزدیک به ما اجازه می‌دهد تا انتقال به سرخ کهکشان را تأیید کنیم و تابش فرابنفش خوشه‌های ستاره‌ای را مطالعه کنیم، که برای مطالعه جزئیات بیشتر ویژگی‌های فیزیکی آنها استفاده خواهد شد. مشاهدات ابزار مادون قرمز میانی به ما اجازه می‌دهد تا خواص گاز یونیزه شده را مطالعه کنیم.

این مشاهدات طیف‌سنجی باید نشان دهد که شکل‌گیری ستاره در مکان‌های فعال این کهکشان نوزاد چقدر بوده است.

اخترشناسان این مطالعه همچنین اکنون قصد دارند کهکشان‌های دیگر را برای شکار خوشه‌های ستاره‌ای مشابه این پنج کهکشان مطالعه کنند.

تحقیقات این گروه در روز دوشنبه(۲۴ ژوئن) در مجله نیچر منتشر شد.