ما حالا می‌دانیم که کیهان اولین بار چگونه روشن شد

ما بالاخره می‌دانیم چه چیزی اولین بار کیهان تاریک و بی‌شکل را روشن کرد. طبق داده‌های تلسکوپ‌های فضایی هابل و جیمز وب، منشأ فوتون‌های آزاد در کیهان اولیه کهکشان‌های کوچکی بودند که با تولد خود ابرهای تاریک هیدروژن در فضای میان‌کهکشانی را روشن کردند.

این کشف نقش مهم کهکشان‌های بسیار کم‌نور کیهان اولیه را نشان می‌دهد. آنها فوتون‌هایی یونیزه‌کننده می‌ساختند که در طول بازیونیزه‌سازی کیهان، هیدروژن خنثی را به پلاسمای یونیزه‌شده تبدیل می‌کردند.

ابتدای کیهان، چند دقیقه پس از بیگ بنگ، فضا مملو از مه متراکم و داغ پلاسمای یونیزه‌شده بود. نور اندکی که وجود داشت، نمی‌توانست در این مه نفوذ کند؛ فوتون‌ها با برخورد به الکترون‌های آزاد اطراف خود پراکنده می‌شدند و این کیهان را تاریک می‌کرد.

بعد از خنک شدن کیهان، حدود ۳۰۰ هزار سال بعد از بیگ بنگ، فوتون‌ها و الکترون‌ها با یکدیگر ترکیب شدند و گاز هیدروژن خنثی (و کمی هلیم) ساختند. اکثر طول موج‌های نور می‌توانستند به این محیط خنثی نفوذ کنند اما محیط‌های خنثی زیادی در برابر منابع نور وجود نداشت.

اولین ستاره‌ها از این اتم‌های هیدروژن و هلیم ایجاد شدند. این ستاره‌های اولیه تابشی داشتند که قدرت کافی برای جداکردن الکترون‌ها از هسته داشت و می‌توانست گازها را یونیزه کند اما حالا کیهان چنان منبسط شده بود که گازها پراکنده بودند و نمی‌توانستند جلوی این تابش‌ها را بگیرند.

حدود یک‌میلیارد سال بعد از بیگ بنگ و پایان دوره‌ای که «طلوع کیهان» نام دارد، کیهان کامل بازیونیزه و اولین بار روشن شد.

مشاهده چیزی که کیهان را برای اولین بار روشن کرد

چون طلوع کیهان بسیار تاریک بود و در فاصله‌ای بسیار زیاد از ما قرار دارد، در مشاهده آن مشکل داشتیم.

دانشمندان فکر می‌کردند چیزی که کیهان را صاف و شفاف کرد، بسیار بزرگ بود؛ برای مثال، سیاه‌چاله‌های بسیار بزرگ که تجمعشان نوری کورکننده ایجاد می‌کند یا کهکشان‌های عظیم در آغاز شکل‌گیری ستاره‌ها.

یکی از اهداف طراحی تلسکوپ جیمز وب نگاه به طلوع کیهان و چیزهای پنهان درونش بود. جیمز وب چیزهای غافلگیرکننده زیادی درباره این دوره پراهمیت کیهان برملا کرده است و اکنون در غافلگیری دیگری نشان داده شده کهکشان‌های کوتوله بازیگران اصلی بازیونیزه‌سازی بودند.

گروه بین‌المللی از اخترشناسان با استفاده از داده‌های جیمز وب و هابل خوشه کهکشانی پاندورا یا آبِل ۲۷۴۴ را مشاهده کردند. این خوشه چنان متراکم است که فضا-زمان اطراف خود را خم می‌کند و عدسی گرانشی می‌سازد. هر نور دوری که از این عدسی به ما می‌رسد، بزرگنمایی می‌شود. دانشمندان به کمک این عدسی توانستند کهکشان‌های کوتوله طلوع کیهان را ببینند.

تحلیل دقیق طیف این سیاره‌ها نشان داد نه‌فقط آنها فروزان‌ترین نوع کهکشان در کیهان اولیه‌اند، بلکه نورشان نیز بسیار بیشتر از چیزی است که انتظار می‌رفت. به‌ازای هر کهکشان بزرگ، ۱۰۰ کهکشان کوتوله در کیهان اولیه وجود داشت که اثر یونیزه‌سازی آنها روی هم چهاربرابر کهکشان‌های بزرگ‌تر بود.

قدرت تجمعی این کهکشان‌ها چنان زیاد بود که انرژی آنها وضع تمام کیهان را دگرگون کرد.

این موضوع تا امروز قوی‌ترین مدرکی است که اخترشناسان برای بازیونیزه‌سازی پیدا کرده‌اند اما هنوز باید مطالعات بیشتری انجام دهند؛ برای مثال، باید مطمئن شوند نمونه مشاهداتشان ناهنجاری در طلوع کیهان نبوده و جهان واقعاً متشکل از تعداد فراوانی کهکشان کوتوله بوده است.

نتایج این مطالعه در ژورنال Nature منتشر شده است.