کهکشان بدون چرخش از کیهان اولیه، مدل‌های بنیادی تکامل کیهانی را به چالش می‌کشد

قانون بنیادین کیهان، چرخش است. از سیارات گرفته تا سامانه‌های ستاره‌ای و کهکشان‌های مارپیچی گسترده، گرانش و گازهای فروافتاده حکم می‌کنند که ماده در حال حرکت تمایل به چرخش دارد. این یک اصل اساسی در تکامل کیهانی است.[2]

اما تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) به تازگی یک ناهنجاری کیهانی عظیم را شناسایی کرده است که این قانون را نقض می‌کند. اخترشناسان یک کهکشان عظیم به نام XMM-VID1-2075 را کشف کرده‌اند که تنها ۱.۸ میلیارد سال پس از بیگ بنگ قرار دارد و از نظر چرخش خالص کاملاً ثابت است.[1]

این یافته که توسط محققان دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، در مجله نیچر آسترونومی منتشر شده است، مدل‌های بنیادی در مورد سرعت بلوغ کهکشان‌ها را به چالش می‌کشد. این داده‌ها مجموعه‌ای از شواهد قوی را ارائه می‌دهند که کیهان‌شناسان را مجبور می‌کند در مورد دینامیک خشن کیهان اولیه تجدید نظر کنند.[1]

اولین ادعای اصلی این مطالعه این است که این کهکشان کاملاً شکل گرفته اما از نظر دینامیکی آشفته است. برای اثبات این موضوع، تیم از طیف‌نگار فروسرخ نزدیک JWST برای اندازه‌گیری حرکت داخلی ستارگان کهکشان استفاده کرد.[1][2]

در یک کهکشان معمولی اولیه، طیف‌سنجی یک امضای چرخشی واضح را نشان می‌دهد: نور یک طرف به دلیل چرخش به سمت تلسکوپ، به سمت آبی متمایل می‌شود (blueshift)، در حالی که طرف دیگر به دلیل دور شدن، به سمت قرمز متمایل می‌شود (redshift). کهکشان XMM-VID1-2075 چنین الگویی را نشان نداد.

در عوض، داده‌های طیف‌سنجی نشان دادند که ستارگان به طور تصادفی با سرعت‌های بالا در همه جهات حرکت می‌کنند، بسیار شبیه به یک دسته زنبور آشفته. این کهکشان جرم عظیمی دارد – چندین برابر کهکشان راه شیری ما – اما تکانه زاویه‌ای خالص آن صفر است.[1]

زمینه این شواهد چیزی است که آن را بسیار تکان‌دهنده می‌کند. در کیهان محلی و مدرن، کهکشان‌های «بیضوی» بدون چرخش نسبتاً رایج هستند. با این حال، آنها به عنوان خانه‌های بازنشستگی کیهان در نظر گرفته می‌شوند.[2]

مدل استاندارد کیهان‌شناسی حکم می‌کند که میلیاردها سال و ده‌ها برخورد کهکشانی کوچک طول می‌کشد تا چرخش اولیه یک کهکشان به تدریج از بین برود. یافتن یک کهکشان بدون چرخش در این دوران اولیه، مانند یافتن یک فرد بالغ کامل در یک کلاس مهدکودک است.

کیهان به سادگی به اندازه کافی عمر نکرده بود تا فرآیند استاندارد و تدریجی کاهش چرخش رخ دهد. این امر منجر به دومین ادعای اصلی محققان می‌شود: یک برخورد فاجعه‌بار و واحد باید چرخش کهکشان را فوراً خنثی کرده باشد.[1][2]

اگر ادغام‌های تدریجی زمان زیادی می‌برند، شواهد به یک برخورد ناگهانی و رو در رو بین دو کهکشان عظیم که دقیقاً در جهت مخالف یکدیگر می‌چرخیدند، اشاره دارد. تکانه‌های زاویه‌ای مخالف یکدیگر را خنثی کرده و یک جرم آشفته و بدون چرخش باقی می‌گذارند.[1]

در حمایت از فرضیه این ادغام خشن، تصاویر JWST یک مازاد نوری نامتقارن را در یک طرف XMM-VID1-2075 نشان می‌دهند. محققان این ناهنجاری را به عنوان بقایای درخشان کهکشان همراهی که برخورد کرده و هنوز در حال هضم گرانشی است، تفسیر می‌کنند.[1]

ادعای سوم در این بسته شواهد، فقدان چرخش کهکشان را به فقدان حیات آن مرتبط می‌کند. داده‌های قبلی حاصل از بررسی MAGAZ3NE در رصدخانه کک در هاوایی قبلاً این کهکشان را به دلیل «آرام» بودن (quiescent) علامت‌گذاری کرده بودند – به این معنی که تشکیل ستاره‌های جدید را به طور کامل متوقف کرده بود.[1][2]

داده‌های جدید سینماتیک JWST حلقه گمشده را فراهم می‌کند. همان برخورد فاجعه‌بار و رو در رویی که چرخش کهکشان را خنثی کرد، احتمالاً یک انفجار عظیم و ناگهانی ستاره‌زایی را آغاز کرده است. این رویداد انفجاری به سرعت تمام گاز سرد موجود را مصرف یا خارج کرده و توانایی کهکشان برای ساخت ستاره‌های جدید را برای همیشه متوقف کرده است.

این شواهد برای حوزه گسترده‌تر کیهان‌شناسی چه معنایی دارد؟ این یافته بیگ بنگ را رد نمی‌کند یا قوانین فیزیک را زیر پا نمی‌گذارد، اما جدول‌های زمانی تعبیه‌شده در شبیه‌سازی‌های کامپیوتری فعلی ما را به شدت تحت فشار قرار می‌دهد.

برخی از مدل‌های پیشرفته پیش‌بینی می‌کنند که بخش کوچکی از کهکشان‌های بدون چرخش می‌توانند در کیهان اولیه از طریق همین برخوردهای رو در رو شکل بگیرند. با این حال، مدل‌ها اصرار دارند که این رویدادها باید فوق‌العاده نادر باشند.[1][2]

این واقعیت که اخترشناسان یکی از این کهکشان‌ها را به این سرعت، در یک نمونه نسبتاً کوچک از کهکشان‌های اولیه پیدا کردند، نشان‌دهنده عدم قطعیت عمیق در مدل‌های ما است. این ناهنجاری‌های کیهانی ممکن است بسیار رایج‌تر از آنچه پیش‌بینی می‌شود باشند، که نشان می‌دهد کیهان اولیه محیطی بسیار خشن‌تر و سریع‌تر در حال بلوغ بوده است.[1]