اخترشناسان همواره فکر می‌کردند که کهکشان‌ها پس از میلیاردها سال تجمع و تراکم غبارهای کیهانی شکل گرفته‌اند. اما تلسکوپ فضایی جیمز وب در این سه سالی که در فضا بوده، این نظریه را زیرسوال برده است. در یک مطالعه جدید، دانشمندان کهکشان‌های بسیار بزرگی در کیهان اولیه کشف کرده‌اند که تنها یک میلیارد سال پس از آغاز کیهان شکل گرفته بودند.

این سه کهکشان، که «هیولاهای قرمز» نامیده شده‌اند، تقریباً اندازه کهکشان راه شیری هستند و این سوال را ایجاد می‌کنند که چگونه به این سرعت و این اندازه بزرگ شده‌اند.

وقتی اخترشناسان برای اولین بار شروع به مطالعه کیهان اولیه با تصاویر جیمز وب کردند، انتظار داشتند که کهکشان‌هایی درحال شکل‌گیری ببینند. اما در کمال شگفتی، کهکشان‌های کیهان اولیه نه تنها کاملاً شکل گرفته بودند، بلکه بسیار بزرگ نیز بودند. این یک بحران در کیهان‌شناسی است که ما را مجبور می‌کند تا در فهم خود از تکامل کیهان بعد از بیگ بنگ بازنگری کنیم.

البته دانشمندان چند ماه قبل دریافتند که کهکشان‌های کیهان اولیه شاید به‌علت حضور سیاه‌چاله‌های بسیار فعال، بزرگ‌تر و نورانی‌تر از چیزی که هستند به‌نظر می‌رسند. اما در این مورد جدید، دانشمندان نشان دادند که هیچ اثری از یک هسته کهکشانی فعال در هیولاهای قرمز وجود ندارد. پس این احتمال که تابش شدید آن‌ها ناشی از وجود سیاه‌چاله‌هایی در مرکزشان باشد رد می‌شود.

کهکشان‌های بسیار بزرگ کیهان اولیه

این هیولاهای قرمز را یک تیم بین‌المللی از اخترشناسان در دانشگاه ژنو کشف کرده‌اند. آن‌ها روی کهکشان‌هایی با مقادیر انتقال به سرخ (Redshift) بین ۵ تا ۹ در زمانی که کیهان ۱ تا ۱.۵ میلیارد سال سن داشت، متمرکز بودند. انتقال به سرخ نشان می‌دهد که طول موج تابش‌های اجرام دور در مسیر خود و به علت انبساط کیهان چقدر کش آمده‌اند؛ هرچه این مقدار بزرگ‌تر باشد، فاصله و سن جرم بیشتربوده است.

اخترشناسان ۳۶ کهکشان پرجرم، غباری و ستاره‌زا پیدا کردند که رنگ قرمز منحصربه‌فرد و خطوط تابش آن‌ها نشان می‌داد که غبار زیادی دورشان را فراگرفته است. اکثر کهکشان‌ها با مدل‌های نظری شکل‌گیری کهکشان‌ها همخوانی داشتند، اما سه کهکشان «اَبَرپرجرم» بودند که نرخ ستاره‌زایی‌شان به‌طرزی نامعمول بالا بود.

این کهکشان‌های بزرگ کیهان اولیه به‌علت غبار زیادی که دارند، در تصاویر جیمز وب با رنگ قرمز دیده می‌شوند؛ زیرا غبار طول موج‌های کوچک‌تر نور را جذب می‌کند و نور باقی‌مانده را در طول موج‌های بلندتر پراکنده می‌سازد. برخلاف هابل، جیمز وب نور فروسرخ را شناسایی می‌کند و اخترشناسان با این وجود می‌توانند پشت غبارها را ببینند. این قابلیت باعث شده تا تلسکوپ جیمز وب نگاه ما به کیهان را متحول کند.

داده‌های تلسکوپ جیمز وب همچنین نشان می‌دهد که راندمان ستاره‌زایی در هیولاهای قرمز دو تا سه برابر کهکشان‌ها در مراحل بعدی کیهان است.

اکثر کهکشان‌ها در مراحل بعدی کیهان، فقط حدود ۲۰ درصد گاز خود را به ستاره تبدیل می‌کنند. اما جرم ستاره‌های هیولاهای قرمز نشان می‌دهد که راندمان ستاره‌زایی آن‌ها ۵۰ درصد بیشتر از کهکشان‌های متداول امروزی است. این یعنی در کیهان اولیه شرایطی حاکم بود که اجازه می‌داد تا کهکشان‌ها بسیار سریع‌تر و کارآمدتر ستاره تولید کنند.

دلایل دقیق این رشد سریع مشخص نیست. شاید این رشد ناشی از عواملی نظیر فراوانی گاز، نرخ سردشدن سریع‌تر، یا شرایطی باشد که هنوز آن‌ها را نفهمیده‌ایم. مشاهدات آینده با تلسکوپ جیمز وب و آرایه میلی‌متری بزرگ آتاکاما بینش‌های جدید درباره این کهکشان‌های بزرگ کیهان اولیه و نمونه‌های بیشتری از آن‌ها فراهم خواهند کرد.

اخترشناسان نتایج مطالعه خود را در ژورنال Nature منتشر کرده‌اند.