چند میلیارد سال اولیه‌ی کیهان پس از مهبانگ، دوران بسیار مهمی در کیهان‌شناسی به شمار می‌آید. در این دوران اولین ستاره‌ها و کهکشان‌ها به وجود آمده‌اند. در همان زمان رویداد مهم دیگری نیز رخ داده است که به آن «بازیونش»(۱) می‌گویند: دوران بازیونش زمانی است که هیدروژن موجود در فضای میان‌کهکشانی از حالت خنثی به حالت یونیزه درآمده است. امروزه همه‌ی هیدروژن فضای میان‌کهکشانی یونیزه است. یکی از عواملی که تصور می‌شود ممکن است باعث یونیزه شدن کیهان اولیه شده باشد، نشت فوتونهای پرانرژی از کهکشان‌های اولیه به فضای میان‌کهکشانی است. این فوتونهای پرانرژی باعث یونیزه شدن گاز میان‌کهکشانی شده‌اند. اما بر اساس داده‌های رصدی موجود به نظر می‌آید که تعداد کهکشان‌ها برای یونیزه کردن کیهان کافی نباشند. کشف کهکشان‌های دور به تکمیل دانش ما در این زمینه بسیار کمک می‌کنند.
در این مقاله، منجمان با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل موفق شده‌اند دورترین کهکشان تا به حال رصد شده را کشف کنند. این کهکشان بسیار پرنور در انتقال‌به‌سرخ ۱۱.۰۹ قرار دارد و نورش از بیش از ۱۳ میلیارد سال گذشته به ما رسیده است.
تصویر ۱: توزیع انرژی طیفی کهکشان کشف شده (نمودار طوسی) و نور کهکشان در فیلترهای مختلف (نشانه‌های قرمز). تصویر کهکشان در فیلترها نیز در بالای نمودار نشان داده شده است. همان‌طور که می‌بینید، کهکشان در فیلترهای آبی‌تر (سمت چپ) دیگر دیده نمی‌شود (به علت شکست لیمان). فلش‌های رو به پایین نشان‌دهنده‌ی حد بالای تابش هستند و کهکشان در این فیلترها در واقع آشکار نشده است.
برای کشف کهکشان‌های دور، نخستین مرحله پیدا کردن کاندیداهای مناسب از روی رنگشان است. رنگ کهکشان‌ها از طریق تصویربرداری (نورسنجی) در فیلترهای مختلف به دست می‌آید. توزیع انرژی طیفی کهکشان‌ها شکل خاصی دارد که به آن شکست لیمان(۲) گفته می‌شود. شکست لیمان براثر جذب فوتونهای یونیزه‌کننده‌ی هیدروژن در فضای میان‌کهکشانی و میان‌ستاره‌ای به وجود می‌آید (در این‌باره اینجا بیشتر بخوانید). شکست لیمان باعث می‌شود که تابش کهکشان در ناحیه‌ی فرابنفش (در مختصات سکون کهکشان) بسیار کم باشد که در این حالت کهکشان رنگ قرمز پیدا می‌کند (تصویر ۱ توزیع انرژی طیفی کهکشان و شکست لیمان را نشان می‌دهد). بعد از پیداکردن کاندیداهای کهکشان‌های دور، برای تایید فاصله‌ی آن‌ها باید طیف‌سنجی انجام شود: چرا که طیف کهکشان بر اثر انبساط کیهان انتقال‌به‌سرخ پیدا کرده است و از روی اندازه‌گیری دقیق میزان انتقال‌به‌سرخ می‌توان متوجه شد که کهکشان چه‌قدر از ما دور است. اما طیف‌سنجی کهکشان‌های دور کار بسیار زمان‌بر و دشواری است و احتیاج به طیف‌سنج‌های دقیق و تلسکوپ‌های بزرگ دارد.
بدون اطلاعات طیفی، نورسنجی کهکشان در فیلترهای گوناگون با توزیع انرژی کهکشان نزدیکتری که خطوط نشری بسیار قوی دارد نیز هم‌خوانی دارد. به بیان دیگر، تنها بر اساس نورسنجی‌ها نمی‌توان فهمید که آیا این جسم، کهکشانی دوردست است یا کهکشانی نزدیک با خطوط نشری قوی. منجمان این مقاله با استفاده از طیف‌سنجی با تلسکوپ فضایی هابل توانسته‌اند فرضیه‌ی دوم (کهکشان نزدیک) را رد کنند و نشان دهند که طیف این کهکشان با کهکشانی در انتقال‌به‌سرخ ۱۱.۰۹ انطباق دارد. این یافته نشان می‌دهد که این کهکشان در ۴۰۰ میلیون سال پس از مهبانگ قرار دارد؛ در ذهن داشته باشید که ما در ۱۳.۸ میلیارد سال پس از مهبانگ هستیم! کشف این کهکشان رکورد دورترین کهکشان کشف‌شده را ۱۵۰ میلیون سال عقب‌تر برده است.
این کهکشان نه تنها دورترین کهکشان کشف‌شده به شمار می‌آید، بلکه به شکل غیر قابل انتظاری پرنور و پرجرم نیز هست. بر اساس دانش کنونی ما، چنین کهکشان‌های پرجرمی در آن زمان از کیهان بسیار نادر باید باشند و در واقع کشف چنین کهکشانی بسیار عجیب و شگفت‌آور است. پیمایش‌های بزرگتری لازم است تا دانش ما را درباره‌ی کهکشان‌های دوران اولیه‌ی کیهان کامل‌تر و دقیق‌تر کنند. چنین پیمایش‌هایی با تلسکوپ‌های آینده مانند جیمز وِب ممکن خواهند بود.
(۱) Reionization
(۲) Lyman Break
عنوان اصلی مقاله:A Remarkably Luminous Galaxy at z=11.1 Measured with Hubble Space Telescope Grism Spectroscopy
نویسندگان: Oesch, P. A., et al
این مقاله برای چاپ در نشریه‌ی ApJ پذیرفته شده است.
لینک مقاله‌ی اصلی: http://arxiv.org/abs/1603.00461
گردآوری: آیرین شیوایی
