تلسکوپ جیمز وب نشان داد: کهکشان‌های اولیه تنها ۵۰۰ میلیون سال پس از بیگ‌بنگ در حال پخش عناصر سنگین بودند

نخستین کهکشان‌هایی که در کیهان شکل گرفتند، جزایر دست‌نخورده‌ای از هیدروژن و هلیوم خالص نبودند، بلکه موتورهای فعالی بودند که تنها ۵۰۰ میلیون سال پس از بیگ‌بنگ، عناصر سنگین را می‌ساختند و به فضا پرتاب می‌کردند. رصدهای تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) نشان داده است که گازهای غنی از فلز، مدت‌ها پیش از نقطه میانی یونیده‌شدن مجدد کیهانی، از این کهکشان‌های نوزاد به بیرون جریان داشته‌اند؛ مکانیسمی که جدول زمانی چگونگی بذرپاشی کیهان با مواد اولیه سیارات و حیات را اساساً تغییر می‌دهد.[1][5]

برای ردیابی این عناصر اولیه، اخترشناسان از تکنیکی به نام «نوردهی پس‌زمینه کیهانی» استفاده کردند. پژوهشگران با تحلیل طیف نوری سه کهکشان دوردست که نورشان بیش از ۱۳ میلیارد سال در راه بوده است، توانستند نحوه جذب این نور توسط گازهای پیرامون آن‌ها را مشاهده کنند. الگوهای جذبی به‌دست‌آمده مانند اثر انگشت شیمیایی عمل می‌کنند و دقیقاً نشان می‌دهند که چه عناصری در محیط میان‌کهکشانی حضور دارند.[1][3][4]

تیم پژوهشی به سرپرستی یونگدا ژو در رصدخانه استوارد دانشگاه آریزونا، خطوط جذبی انتقال‌به‌آبی را در کهکشان‌هایی با انتقال‌به‌سرخ بین ۷٫۲ تا ۹٫۳ شناسایی کردند. این انتقال‌ها از نظر فیزیکی نشان می‌دهند که گاز با سرعت ۵۰ تا ۲۵۰ کیلومتر بر ثانیه نسبت به خود کهکشان‌ها به سمت بیرون در حرکت است. این حرکت رو به بیرون تأیید می‌کند که بادهای کهکشانی به‌طور فعال موادی مانند کربن، اکسیژن و سیلیکون را به پهنه بی‌کران فضا می‌دمیده‌اند.[3][4][5]

ژو، پژوهشگر فوق‌دکتری در دانشگاه آریزونا، می‌گوید: «ما مشاهده کردیم که عناصر سنگین در مراحل بسیار بسیار اولیه زمان کیهانی از کهکشان‌ها گریخته‌اند. کهکشان‌ها نه‌تنها این عناصر را تولید می‌کردند، بلکه آن‌ها را پراکنده می‌ساختند و احتمالاً کهکشان‌های دیگر را نیز بارور می‌کردند.»[1]

در پیامدهای بلافاصله پس از بیگ‌بنگ، کیهان تقریباً به‌طور کامل از هیدروژن و مقدار کمی هلیوم تشکیل شده بود. گرانش در نهایت این گازهای بنیادین را به هم فشرد تا نسل اول ستارگان، معروف به ستارگان «جمعیت ۳» را شعله‌ور سازد. در درون هسته این ستارگان، فشار و دمای عظیم باعث ایجاد همجوشی هسته‌ای شد و عناصر سنگین‌تری را شکل داد؛ عناصری که اخترشناسان در مجموع به آن‌ها «فلزات» می‌گویند.[1][2][3]

هنگامی که این ستارگان عظیم اولیه به پایان چرخه حیات کوتاه خود رسیدند، به شکل ابرنواختر منفجر شدند و فلزات تازه‌ساخته‌شده خود را در محیط میان‌ستاره‌ای پراکنده کردند. داده‌های جیمز وب نشان می‌دهد که این چرخه تولد، مرگ و پراکندگی شیمیایی ستارگان - فرآیندی که به عنوان «چرخه باریونی» شناخته می‌شود - زمانی که کیهان تنها ۳ درصد از سن کنونی خود را داشت، به‌خوبی در جریان بوده است.[3][4][5]

گسترش سریع این عناصر در شبکه کیهانی پیرامون، بازتابی از یک فرآیند فیزیکی آشناست. ژو توضیح می‌دهد: «این عناصر را که از ستارگان کهکشان‌ها سرچشمه گرفته‌اند، مانند رنگ خوراکی در نظر بگیرید که در یک لیوان آب چکانده می‌شود. رنگ شروع به پخش شدن در آب می‌کند و به روشی مشابه، این عناصر سنگین از کهکشان‌های اولیه شروع به فرار به فضا کرده و محیط اطراف خود را غنی ساختند.»[1]

این غنی‌سازی سریع به توضیح یک معمای حل‌نشده در نجوم کمک می‌کند: اینکه چرا پژوهشگران هنوز نتوانسته‌اند یک ستاره جمعیت ۳ را به‌طور قطعی رصد کنند. اگر کهکشان‌ها در همان چند صد میلیون سال نخست تاریخ کیهان در حال آلوده کردن محیط خود با عناصر سنگین بوده‌اند، گاز کاملاً خالصی که برای تشکیل این ستارگان نسل اول نیاز است، احتمالاً آن‌قدر سریع ناپدید شده که تلسکوپ‌های مدرن فرصت شکار آن‌ها را در حین شکل‌گیری از دست داده‌اند.[1][3]

این یافته‌ها که در شماره سپتامبر ۲۰۲۶ نشریه نیچر آسترونومی منتشر شده است، بر پایه نزدیک به ۳۰ ساعت زمان نوردهی با استفاده از طیف‌نگار فروسرخ نزدیک جیمز وب به دست آمده است. این رصدها با اثبات اینکه امضاهای شیمیایی این کهکشان‌های باستانی شباهت زیادی به کهکشان‌های بسیار قدیمی‌تر و تکامل‌یافته‌تر دارد، نشان می‌دهند که اکوسیستم‌های پیچیده کهکشانی - که مسئول تولید کربن و اکسیژن حیاتی امروز ما هستند - در همان سپیده‌دم کیهان در حال شکل‌گیری بوده‌اند.[3][4][5]