هابل غبار کربنی را شکار کرد!

تیمی از اخترفیزیکدانان با استفاده از تلسکوپ فضایی قدرتمند جیمز وب، نشانه‌هایی از غبار کربنی کشف کردند که می‌توان آن را پایه و اساس شکل‌گیری حیات در ده کهکشان مختلف دانست - کهکشان‌هایی که تنها حدود یک میلیارد سال پس از انفجار بزرگ شکل گرفته‌اند.

تیم دانشمندان با بررسی طیف نور ده کهکشان منتخب، موفق به شناسایی غبار کربن شدند. این مطالعه تحت برنامه‌ای با عنوان «JWST Advanced Deep Extragalactic Survey» و یا به اختصار «JADES» انجام شد.

کشف غبار کربنی در مدت زمان حدود یک میلیاردی از انفجار بزرگ (بیگ‌بنگ)، می‌تواند نظریه‌های مرتبط با تحول ساختار شیمیایی عالم را دچار انقلاب کند زیرا مدت زمان تولید و پراکنده شدن چنین عناصر سنگینی در عالم بیشتر از سن کهکشان‌های میزبان آن‌ها است.

«یوریس ویتستوک» سرپرست تیم تحقیقات و دانشمند دانشگاه کمبریج در این‌باره توضیح داده است: « نکته شگفت‌انگیز این است که ما می‌توانیم با طیف‌سنجی و مطالعات آزمایشگاهی، دریابیم که این غبارها کربنی هستند - ساختارهایی بر پایه عنصر کربن دارند.»

جالب است بدانید درک وجود عناصر مختلف در یک محیط با کمک طیف‌سنجی کار مرسومی است زیرا عناصر مختلف نور را در طول‌ موج‌های مخصوصی جذب یا نشر می‌کنند و طول موج منحصر به هر عنصر همانند اثرانگشت آن می‌ماند. به عبارت دیگر می‌توان گفت عناصر اثر انگشت خود را در نور منابعی مانند کهکشان‌ها و ستارگان باقی می‌گذارند.

ذرات غبار کربنی آروماتیک - ساختارهای حلقه مانند - در طول موج‌های فرابنفش خود را نمایش می‌دهند. اما سوال اینجاست که کهکشان‌های جوان چطور به این سرعت از کربن غنی شده‌اند، درحالیکه کربن یک عنصر سنگین است و برای تشکیل آن مدت زمان بیشتری نیاز است؟

کیهان اولیه عمدتا از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده و درصد کمی از عناصر سنگین در آن قابل مشاهده است - این نشان می‌دهد که ستارگان و کهکشان‌های اولیه ترکیبی از عناصر سبک بوده‌اند.

مدل‌هایی که برای توصیف نحوه تحول و تکامل شیمیایی کیهان مورد استفاده قرار می‌گیرند، نشان می‌دهند عناصر سنگینی مانند کربن و اکسیژن در مرکز هسته‌ ستاره‌ها در طول زمان ساخته می‌شوند. وقتی سوخت ستاره برای همجوشی هسته‌ای به پایان رسید، گفته می‌شود که ستاره به پایان عمر خود نزدیک شده است. در این مرحله ستاره تحت یک انفجار و یا پالس‌های دوره‌ای، مواد تولید شده در درون خود را در محیط اطراف پراکنده می‌کند و این عناصر در غبار محیط میان‌ستاره‌ای ادغام می‌شوند.

هنگامی که محیط به اندازه کافی متراکم شود، تحت فرآیندهای فیزیکی مختلف ستاره‌های جدید شکل می‌گیرند که غنی‌تر از ستاره‌های اولیه هستند و در محیط اطراف خود عناصر سنگین دارند.

این تمام دانش کنونی ما از تولد و تحول عناصر سنگین بود. اما حالا این یافته جدید جیمز وب دانشمندان را به چالش کشیده است زیرا وجود عناصر سنگین در کهکشان‌های جوان نشان می‌دهد باید یک روش تولید و پراکندگی جدید برای کربن و دیگر عناصر سنگین وجود داشته باشد که در مقیاس زمانی نسبتا کوتاهی منجر به تولید آن‌ها شود.

دانشمندان برای درک این مسئله و پاسخ به سوال مطرح شده در مورد نحوه تولید سریع‌تر ساختارهای کربنی در تلاش برای جمع‌آوری داده‌های بیشتر به کمک تلسکوپ فضایی جیمز وب هستند. آن‌ها قصد دارند تا تعداد کهکشان‌های مورد مطالعه در این تحقیق را افزایش دهند و امیدوارند به این طریق بتوانند تولد سریع عناصر سنگین در کیهان را توضیح دهند. تحقیقات اولیه این تیم در مجله «Nature» به چاپ رسیده است.