کهکشان‌ها از نو متولد می‌شوند: انقلاب علمی با تلسکوپ جیمز وب و گرانش جایگزین!

دگرگونی در فهم ما از تولد کهکشان‌ها

با توجه به مدل‌های مرسوم درباره‌ی چگونگی شکل‌گیری کهکشان‌ها در مراحل آغازین گیتی، انتظار می‌رفت تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) نشانه‌های خیلی ضعیفی از کهکشان‌های ریز و ابتدایی ببیند. اما داده‌های به‌دست‌آمده، فرضیه‌ی رایج موجود که باور دارد ماده‌ی تاریک نامرئی به تجمع ستارگان و کهکشان‌های خیلی اولیه کمک کرده را تأیید نمی‌کند. تحقیقات تازه از دانشگاه کیس وسترن رزرو حاکی از آن است که کهکشان‌های قدیمی، بزرگ و پرنور هستند که با نظریه‌ی جایگزین جاذبه همخوانی دارد. این یافته‌ها، تصورات دانشمندان ستاره‌شناس از جهان اولیه را به چالش می‌کشد.

خانم استیسی مک‌گاف، اخترفیزیک‌دان دانشگاه کیس وسترن رزرو، که مقاله‌اش به بررسی شکل‌گیری ساختار در جهان آغازین می‌پردازد، گفت: «آنچه تئوری ماده‌ی تاریک پیش‌بینی کرده با چیزی که ما داریم می‌بینیم هم‌خوانی ندارد.» مک‌گاف، که استاد و رئیس بخش ستاره‌شناسی در همین دانشگاه است، اضافه کرد که احتمال دارد به جای ماده‌ی تاریک، جاذبه‌ی اصلاح‌شده نقشی اساسی داشته باشد. او توضیح داد که تئوری‌ای به اسم MOND (یا همان دینامیک نیوتونی اصلاح‌شده) در سال 1998 این نکته را پیش‌بینی کرده بود که شکل‌گیری ساختار در جهان نخستین، خیلی سریع‌تر از چیزی رخ داده که تئوری ماده‌ی تاریکِ سرد، که به نام لامبدا-CDM شناخته می‌شود، پیش‌بینی کرده بود.

تلسکوپ JWST برای جواب دادن به برخی از بزرگ‌ترین سوالات درباره‌ی جهان طراحی شده بود، از جمله اینکه ستارگان و کهکشان‌ها چطور و چه زمانی به وجود آمدند؟ پیش از پرتاب این تلسکوپ در سال 2021، هیچ تلسکوپی توانایی دیدن این عمق از فضا و بازگشت به دوران‌های دور را نداشت. تئوری لامبدا-CDM نیز پیش‌بینی می‌کند که کهکشان‌ها به واسطه‌ی تجمع تدریجی مواد از ساختارهای کوچک‌تر به بزرگ‌تر، و به دلیل جاذبه‌ی اضافه‌ای که از جرم ماده‌ی تاریک ناشی می‌شود، شکل گرفته‌اند.

فرضیه‌ی ماده‌ی تاریک و مشکلاتش

مک‌گاف می‌گوید: “اخترشناسان ماده‌ی تاریک را اختراع کردند تا توضیح دهند که چطور می‌شود از یک جهان اولیه خیلی صاف به کهکشان‌های بزرگ با فضاهای خالی فراوان بین‌شان که امروزه می‌بینیم، رسید.” توضیح داد که اجزای کوچک به تدریج در ساختارهای بزرگ‌تر جمع می‌شوند و در نهایت کهکشان‌ها را می‌سازند. تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) هم باید این پیش‌کهکشان‌های کوچک را به شکل نورهایی کم‌فروغ مشاهده کند.

خانم مک‌گاف اضافه کرد: “انتظار می‌رفت هر کهکشان بزرگی که در جهان نزدیک می‌بینیم، از همین اجزاء ریز شروع شده باشد.” اما حتی در مقادیر بالای انتقال به سرخ (redshift) – که در واقع به معنی نگاه کردن به مراحل ابتدایی تکامل جهان است – نشانه‌ها بزرگ‌تر و روشن‌تر از چیزی به نظر می‌رسند که پیش‌بینی شده بود. تئوری MOND پیش‌بینی کرده بود که جرم تبدیل‌شونده به یک کهکشان، سریع جمع می‌شود و در آغاز به همراه بقیه‌ی جهان منبسط می‌شود. نیروی قوی‌تر جاذبه، این انبساط را کم می‌کند و بعد متوقف و برعکس می‌کند و مواد فرو می‌روند تا یک کهکشان را بسازند. در این تئوری، هیچ ماده‌ی تاریکی وجود ندارد.

مک‌گاف می‌گوید: “ساختارهای بزرگ و درخشانی که JWST در مراحل اولیه جهان مشاهده کرده، بیش از یک ربع قرن قبل توسط MOND پیش‌بینی شده بود.” او این مقاله را با آقای فدریکو للی، محققی که قبلاً در دانشگاه کیس وسترن رزرو پسا دکترا داشت و حالا در رصدخانه‌ی نجومی آرکتری در ایتالیا کار می‌کند، و همینطور با آقای جی فرانک که قبلاً دانشجوی دکترای دانشگاه بود، نوشته است. نویسنده‌ی چهارم این مقاله، جیمز شومبرت از دانشگاه اورگن است.

مک‌گاف ادامه می‌دهد: “نتیجه‌گیری این است که ‘من به شما گفته بودم’.” او اضافه می‌کند: “من این‌طور بزرگ شدم که فکر می‌کردم این حرف‌ها زدنش بی‌ادبی است، ولی خوب این تمام هدفِ روش علمی است: پیش‌بینی کن و بعد ببین که کدام‌شان درست است.” او اشاره کرد که پیدا کردن یک تئوری که هم با MOND و هم با نسبیت عام سازگار باشد، همچنان یک چالش بزرگ است.