رصد “دیسک کهکشانی” در نخستین دوران کیهان
ستاره شناسان با بهره مندی از آرایه تلسکوپی آلما، کهکشانی از دوران نخستین کیهان را رصد کردند. کهکشان رصد شده که با نام علمی DLA0817g و لقب «دیسک ولف» شناخته می‌شود؛ سرد، چرخان و غنی از گاز بوده و ۱۲.۵ میلیارد سال نوری از زمین فاصله دارد. جرم آن در حدود ۷۲ میلیارد برابر جرم خورشید است و نخستین دیسک چرخانی است که اخترشناسان موفق به کشف آن شده‌اند. این کهکشان نمایانگر دوره ای از تاریخچه خود است که تنها ۱.۵ میلیارد سال، از بیگ بنگ گذشته و می دانیم که کیهان در حدود ۱۳.۸ میلیارد سال پیش، متولد شد و به دنبال آن ستاره‌ها و نخستین کهکشان‌ها تریجاً شکل گرفتند. ستاره شناسان همچنان در پی حل معمای چگونگی این رخداد و کشف زمان آن هستند. از این رو کهکشان مذکور می‌تواند نکات ارزنده‌ای را به دانشمندان ارائه نماید. از آنجا که کهکشان‌ها، سیستم‌های به هم‌پیوستۀ گرانشی عظیمی هستند که از ستارگان، غبار، گاز و ماده تاریک نامرئی تشکیل شده‌اند، درک نحوۀ شکل‌گیری و رشدشان در طی زمان برای دستیابی به یک نگرش کلی از نحوۀ تجمیع ماده به چنین ساختارهایی ضروری می نماید. در این راستا، دستیابی به تصویری واضح از شکل‌گیری اولین سازه‌های دیسک مانند در کهکشان‌ها بسیار مهم است. به تازگی محققان دیسکی عظیم و چرخان از گاز سرد را درون کهکشانی ستاره‌ساز یافته‌اند که تنها ۱.۵ میلیارد سال پس از بیگ بنگ وجود داشته و نکته حائز اهمیت اینست که دیسک فوق به شکل قابل‌ملاحظه‌ای زودتر از زمان‌هایی که دیسک‌های گازیِ پیشتر شناسایی‌شده می باشد. مطابق با درک فعلی ما از کیهان‌شناسی، سازه‌های اولیه با اندازه‌های عظیم در کیهان "هاله‌های" نورِ مدوّر از ماده تاریک بودند که تحت تأثیر گرانش خودشان فروریختند. گازهای احاطه‌کنندۀ این مواد به درون این هاله‌ها ریخته و در پی آن ستاره‌ها ونهایتاً کهکشان‌ها را تشکیل دادند. گمان می‌رود هاله‌ها و کهکشان‌ها از طریق ادغام به‌وسیله‌ی تراکم بیشتر گاز و تبدیلش به ستارگان، تواماً با هم رشد کردند. پرسش مهم اینست که که چرا برخی کهکشان‌ها نظیر راه شیریِ ستاره‌ساز خودمان، ساختارهایی دارند که دیسک ستارگان و گاز بر آن حاکم شده، در حالی که کهکشان‌های عموماً مسن‌تر و آرام‌تر، اینگونه نیستند. مرتبط ترین پاسخی که میتوانیم بدهیم اینست که تاریخچه نحوه شکل گیری هرکهکشان بسیار در این موضوع دخیل است.
تصور می‌شود تراکم گاز یا از طریق حالت داغ و یا سرد روی دهد. یعنی هنگامی که گاز به سمت مرکز هالۀ مادّه تاریک به درون کهکشان فرو می‌ریزد داغ است یا سرد. شیوۀ تراکم داغ به دیسک‌های کهکشانی منجر می‌شود که دیر شکل می‌گیرند، چرا که زمان قابل ملاحظه ای برای سرد شدن گاز متراکم نیاز است و در نهایت درون دیسک جای می‌گیرد. لیکن در شیوه تراکم سرد، گاز هنگام ریختن درون مرکز هاله سرد است، بنابراین امکان شکل‌گیری سریع‌تری را به دیسک می‌دهد. بر اساس این سناریو، کهکشان‌ها زمان زیادی برای کاهش دما و تبدیل شدن به کهکشان‌های دیسک چرخان مثل راه شیری نیاز دارند و به همین دلیل تا حدود ۴ اِلی ۶ میلیارد سال پس از بیگ بنگ، مشاهده نشده‌اند. این حالت داغِ ایجاد کهکشان است. اما ستاره شناسان حالتی دیگر تحت عنوان حالت سرد را نیز در محاسبات خود پیش‌بینی و شبیه‌سازی کرده‌اند. برای توضیح بهتر است کار را با سوپ ازلی یا همان پلاسمای یونیزۀ کوارک-گلوئون که قبل از شکل‌گیری ماده، جهان را پر کرده بود؛ شروع کنیم. محققان برای نتیجه‌گیری در این خصوص به چند مورد شبیه‌سازی دست زدند.
ماده تاریک به کهکشان‌ها کمک می‌کند تا کنار یکدیگر باشند. ستاره شناسان بر این باورند که ماده تاریک می‌تواند نقشی کلیدی در رمزگشایی شکل‌گیری کهکشان‌ها داشته باشد. شبیه‌سازی‌های انجام شده با ابررایانه‌ها نشان داده که شبکه عظیمی از ماده تاریک در جهان اولیه توانسته شکل‌گیری کهکشان‌های سرد را تسهیل نماید. ما کماکان نمی‌دانیم «ماده تاریک» چیست. امکان شناسایی مستقیم آن نیز وجود ندارد، اما این ماده به صورت گرانشی با ماده معمولی به برهم‌کنش می‌پردازد. تنها راه برای تایید این مدل، استفاده از شواهد مشاهداتی است. یعنی باید بدانیم چه زمانی نخستین دیسک‌ها در کهکشان‌ها شکل گرفتند و این پدیده چقدر غالب است. به این منظور باید کهکشان‌هایی که حدود ۳ میلیارد سال پس از بیگ بنگ وجود داشته‌اند را شناسایی کنیم. برای گسترش رصدهای گاز در کهکشان‌ها حتی به دوره‌های اولیه‌تر از تاریخ کیهان، نیلِمَن و همکارانش از آرایه تلسکوپ میلی‌متری بزرگ آتاکاما(ALMA) که یکی از نیرومندترین رادیو تلسکوپ‌های زمین است، استفاده کردند. پژوهشگران نور ساطع‌شده از گاز سرد را در کهکشانی از ۱۲.۵ میلیارد سال قبل شناسایی کردند. همچنین توانستند با تجزیۀ نور، ساختار و حرکت‌شناسی گازهای تابان را با جزئیات تحسین‌برانگیزی بررسی کنند. سپس از مدل‌های تجزیه‌وتحلیل ساده اما قوی استفاده کردند تا نشان دهند رصدهایشان با حضور دیسک گازی که به‌سرعت می‌چرخد و از نظر مکانی با ستارگان و غبار کهکشان هماهنگ است، همخوانی دارد. نتایج نیلِمَن و همکارانش یکی از اولین شواهد رصدی را در مورد وجود دیسک‌های گاز سرد در کهکشان‌های عظیم، اندکی پس از بیگ بنگ است. این مشاهدات دقیقا ثابت می‌کند دیسک‌های عظیم گاز می‌توانستند ۱.۵ میلیارد سال زودتر از زمانی که رصدهای پیشین نشان دادند، شکل بگیرند. محققان مشاهده کردند که نور چگونه از میان این کهکشان پر از گاز، عبور کرده است. در واقع نور حاصل از اختروش‌های عکس‌برداری شده از منطقه‌ای غنی از هیدروژن گذر کرده؛ لذا نشانه‌هایی از “دیسک ولف” به دست آمد. البته چیز دیگری هم وجود داشت. نور در یکی از بخش‌های دیسک حالت فشرده یا blueshifted داشت. این اتفاق زمانی مشاهده می‌شود که چیزی در حال حرکت به سمت ما باشد. نورِ بخش دیگر حالت کشیده یا سرخ‌سویی داشت؛ یعنی در حال دور شدن از ما بود. این جرم در حال چرخش بود. این جابجایی دوپلر این فرصت را در اختیار محققان قرار داد تا سرعت چرخش کهکشان را مورد محاسبه قرار دهند: حدود ۲۷۲ کیلومتر بر ثانیه. محققان در ادعایی جالب گفتند که “دیسک ولف” منحصربفرد نیست و احتمال می‌دهند نمونه‌های بیشتری از آن در کیهان وجود داشته باشد. یکی از محققان گفته که یافتن دیسک ولف با این روش نشان می‌دهد که این کهکشان به جمعیت عادی از کهکشان‌هایی تعلق دارد که در سال‌های نخست جهان نمونه‌های زیادی از آن وجود داشت. ما محققان به جستجوی خود برای یافتن تعداد بیشتری از این کهکشان‌ها ادامه خواهیم داد. جزئیات بیشتر این پژوهش در مجله Nature منتشر شده است. منابع : sciencealert.com , nature.com