نور جذب شده در گازی پیش‌روی دورترین کوازار کشف‌شده، اطلاعات جدیدی از ابتدای عمر جهان به دست می‌دهد. این گاز که به نظر خنثی و فاقد عناصر فلزی می‌رسد، به دوره پیش از باز-یونش باز می‌گردد.

برای اولین بار، منجمان ترکیب شیمیایی گازی را از سال‌های اولیه حیات جهان تعیین کرده‌اند. این گاز عمدتا حاوی اتم‌های خنثی هیدروژن و بیانگر عصری پیش از یونش جهان توسط تابش ستاره‌ای است. به علاوه، در گاز نشانه‌ای از عناصر سنگین در ستارگان دیده نمی‌شود و بنابراین ممکن است این گاز تنها حاوی عناصر سبک تولید شده توسط مهبانگ باشد.

رابرت سیمکویی[1]، منجم موسسه فناوری ماساچوست، ابزار گیرنده طیف گاز را ساخت. وی می‌گوید: «ما به عهدی نگاه می‌کنیم که شاید اولین ستارگان در حال شکل‌گیری هستند. این اولین اندازه‌گیری [شیمیایی] در زمان‌هایی چنین اولیه است.»

مهبانگ که ۱۳.۷ میلیارد سال پیش رخ داد، کیهان را با هیدروژن و هلیوم پر کرد. جدا از رد لیتیوم نخستین، عناصر سنگین‌تر –که منجمان آن‌ها را فلز می‌نامند- بعد از شکل‌گیری و انفجار ستارگان ظاهر و اکسیژن، آهن و دیگر فلزات در فضا پراکنده شدند. علاوه بر آن اولین ستارگان نور ماورابنفش زیادی تابش کردند که باعث جدایی الکترون‌ها از هسته‌های هیدروژن و یونش گازها گردید.

دورترین کوازار شناخته شده

برای تحلیل این گاز باستانی، سیمکویی و همکارانش دورترین کوازار شناخته‌شده را وارسی کردند. این کوازار با نام ULAS J1120+0641 در صورت‌فلکی شیر و فاصله ۱۲.۹ میلیارد سال نوری از زمین واقع است. ما اکنون کوازار را در حالتی می‌بینیم که ۷۷۰ میلیون سال بعد از مهبانگ بود.

در حالی که نور کوازار برای رسیدن به زمین تقلا می‌کند، فضای بین ما و کوازار منبسط می‌شود تا جایی که طول‌موج دریافتی ۷۰۸٪ طولانی‌تر از لحظه تابش است. بنابراین منجمان مي گویند که کوازار انتقال‌سرخی برابر ۷.۰۸ دارد. به دلیل انتقال‌سرخ بالا، تابش فرابنفش آغازی برای ما در طول‌موج‌های فروسرخ آشکارسازی می‌شود. برای به دست آوردن طیف فروسرخ، گروه سیمکویی از تلسکوپ ماژلان در شیلی استفاده کرد.

خود گاز بسیار کم‌فروغ است اما کوازارها مراکز درخشان بعضی از کهکشان‌ها را برجسته می‌کنند، بنابراین گروه سیمکویی به دنبال طول‌موج‌هایی گشت که در آن گاز نور کوازار را جذب می‌کند. شاید گاز میلیون‌ها سال نوری از کوازار دور باشد و ارتباطی با آن نداشته باشد.

دو سناریو ی امیدبخش

سیمکویی دو سناریوی مختلف را برای یافته‌های گروه خود ارایه می‌دهد. او می‌گوید: «هر دو جذابند.» به احتمال بیشتر: ما در حال دیدن گاز پخش شده‌ای هستیم که ۷۷۰ میلیون سال بعد از تولد جهان در فضا پخش شده است. اگر چنین باشد -به خاطر خنثی بودن گاز- بدین معنی است که منجمان به دوره‌ پیش از تکمیل باز-یونش دست یافته‌اند. به علاوه، فقدان فلزات قابل آشکارسازی نشان می‌دهد که گاز مورد مطالعه دارای نسبت فلز به هیدروژنی (فلزیت) بیش از ۱ به ۱۰۰۰ (فلزیت خورشید) نیست.

توضیح دیگر این که گاز می‌تواند در کهکشان اولیه‌ای واقع باشد که در جلوی کوازار قرار دارد. در این حالت، فلزیت گاز از ۱۰۰۰/۱ خورشید کمتر و با قدیمی‌ترین ستاره‌های شناخته‌شده‌ی منظومه شمسی قابل مقایسه است.

میشل فوماگالی[2]، منجمی در رصدخانه کارنگی در کالیفرنیا که عضو این تیم پژوهشی نبود، می‌گوید: «این مشاهدات مستقیما ما را به جایی می‌برند که تکامل فلزیت کیهانی آغاز شد. بسیار مهیج است و فکر می‌کنم اکنون واقعا در حال ورود به مرزهایی جدید از مطالعات هستیم.» سال قبل، فوماگالی و همکارانش گاز بدون فلزی کشف کردند که دو میلیارد سال بعد از مهبانگ وجود داشت – این شگفت‌انگیز بود زیرا همه گازهای دیگر آن زمان حاوی فلز هستند. اما کار جدید زمان بسیاری عقب‌تری را می‌کاود.

شکل‌گیری کهکشانی عظیم؟

با این حال آبراهام لوئب[3]، رییس دانشکده نجوم دانشگاه هاروارد، توضیح سومی برای مشاهده جدید ارائه می‌دهد: گاز در حال سقوط در کهکشان میزبان کوازار است. او می‌افزاید: «معمولا این کوازارهای بسیار درخشان در کهکشان‌های پرجرم واقعند و این کهکشان‌های پرجرم با سقوط گاز، بسیار سریع رشد کردند.» با این اشاره که سرعت گاز تنها ۷۱۱ کیلومتر بر ثانیه با سرعت کوازار فرق دارد. اگر ایده او درست باشد، ما تشکیل یکی از بزرگترین کهکشان‌های جهان را به نظاره نشسته‌ایم.

سیمکویی می‌گوید، هر طور که باشد، « باید تعداد بیشتری [از این وقایع را] بیابیم. وقتی برای اولین بار به چیزی نگاه می‌کنید امید دارید که معرف واقعیات باشد اما تا وقتی تعدادی بیشتر از آن‌ها را نبینیم، نمی‌توانیم با قطعیت اظهارنظر کنیم.»

اگرچه منجمان کهکشان‌هایی دورتر از این کوازار را دیده‌اند، این کهکشان‌ها برای استفاده در مطالعات گازهای پیش‌زمینه بسیار کم‌نور هستند. این مطالعات نیاز به کوازارهای دور دیگری دارد که همانند فانوس دریایی ماهیت گازهای اولیه را بکاوند.

منبع:

Ancient gas sheds light on universe's first billion years

مرجع:

Extremely metal-poor gas at a redshift of 7