लंबे समय से, खगोलविदों का मानना था कि आकाशगंगा का निर्माण एक बहुत ही विशिष्ट मॉडल का पालन करता है: ब्रह्मांडीय गैस गुच्छों में एकत्रित होती है, तारे उन गुच्छों से पैदा होते हैं, और, अरबों वर्षों में, तारकीय पड़ोस धीरे-धीरे आकार में बढ़ते हैं। हालाँकि, दिसंबर 2021 में लॉन्च किए गए जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप ने उस मॉडल को बाधित कर दिया है।
एक नए अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने तीन विशाल आकाशगंगाओं की पहचान की – जिन्हें “लाल राक्षस” कहा जाता है – प्रत्येक का आकार लगभग आकाशगंगाबिग बैंग के ठीक एक अरब साल बाद पहले से ही अस्तित्व में है। हालाँकि यह वास्तव में एक लंबा समय लगता है, हमारे 14 अरब वर्ष पुराने ब्रह्मांड में, केवल एक अरब वर्ष ही अपेक्षाकृत जल्दी है। इसलिए ये आकाशगंगाएँ एक बुनियादी सवाल उठाती हैं: वे इतनी तेज़ी से इतनी बड़ी कैसे हो गईं?
जब खगोलविदों ने प्रारंभ में इसका उपयोग करके प्रारंभिक ब्रह्मांड की जांच की जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोपउन्हें प्रारंभिक ब्रह्मांड में ऐसी आकाशगंगाएँ मिलने की उम्मीद थी जो पूरी तरह से विकसित नहीं थीं, लेकिन वे न केवल पूर्ण विकसित आकाशगंगाएँ, बल्कि विशाल आकाशगंगाएँ भी पाकर आश्चर्यचकित थे। इस “ब्रह्मांड विज्ञान में संकट” ने बिग बैंग के बाद से ब्रह्मांड के विकास के बारे में हमारी समझ का पुनर्मूल्यांकन करने की आवश्यकता का सुझाव दिया। हालाँकि, कहानी में एक पेंच है।
अगस्त में वैज्ञानिकों ने पाया कि ये आकाशगंगाएँ बड़ा दिखाई दे सकता है और सक्रिय रूप से भोजन करने के कारण उज्जवल है ब्लैक होलजिससे यह निष्कर्ष निकला कि अप्रत्याशित रूप से “विशाल” आकाशगंगाएँ वास्तव में पहले की तुलना में कम विशाल हैं। फिर भी दिलचस्प बात यह है कि इस नए अध्ययन से इन आकाशगंगाओं में “सक्रिय गैलेक्टिक नाभिक (एजीएन)” के रूप में जाने जाने वाले किसी भी सबूत का पता नहीं चला है, जिससे इस संभावना को खारिज कर दिया गया है कि उनके तीव्र उत्सर्जन उनके केंद्रों में सुपरमैसिव ब्लैक होल से आते हैं।
इसलिए, चालक दल ने निष्कर्ष निकाला कि इन आकाशगंगाओं की चरम विशेषताएं – उच्च द्रव्यमान और तेजी से तारा निर्माण – स्वयं आकाशगंगाओं में अंतर्निहित हैं, और एक सक्रिय नाभिक द्वारा संचालित नहीं हैं। यह कैसे हो सकता है?
अध्ययन का नेतृत्व जिनेवा विश्वविद्यालय (यूएनआईजीई) की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने किया और जेडब्ल्यूएसटी के फ्रेस्को सर्वेक्षण के डेटा का उपयोग किया। इसने आकाशगंगाओं पर ध्यान केंद्रित किया रेडशिफ्ट z = 5 और z = 9 के बीच मान, जब ब्रह्मांड केवल 1 अरब से 1.5 अरब वर्ष पुराना था। रेडशिफ्ट मापता है कि विस्तारित ब्रह्मांड के कारण दूर की वस्तुओं से आने वाली प्रकाश की तरंग दैर्ध्य हमारे डिटेक्टरों तक कितनी लंबी होती है, उच्च मान अधिक दूरी और उम्र का संकेत देते हैं। टीम ने आकाशगंगाओं की दूरी और तारकीय द्रव्यमान को मापने के लिए फ्रेस्को के नियर इन्फ्रारेड कैमरा (NIRCam) ग्रिम स्पेक्ट्रोग्राफ का उपयोग किया।
यूएनआईजीई संकाय के एसोसिएट प्रोफेसर पास्कल ओश ने बताया, “अंतरिक्ष दूरबीन पर लगा उपकरण हमें समय के साथ आकाशगंगाओं के विकास की पहचान और अध्ययन करने और ब्रह्मांडीय इतिहास के दौरान तारकीय द्रव्यमान कैसे जमा होता है इसकी स्पष्ट तस्वीर प्राप्त करने की अनुमति देता है।” इस अवलोकन कार्यक्रम के विज्ञान और प्रमुख अन्वेषक ने एक में कहा कथन।
टीम का विश्लेषण 36 विशाल, धूल भरी, सितारा बनाने वाली आकाशगंगाओं पर केंद्रित था, जिन्हें उनके अद्वितीय लाल रंग और प्रमुख उत्सर्जन रेखाओं के लिए चुना गया था, जो दर्शाता है कि वे विशाल हैं और धूल से काफी अस्पष्ट हैं। जबकि अधिकांश आकाशगंगाएँ आकाशगंगा निर्माण के सैद्धांतिक मॉडल से मेल खाती थीं, तीन को “अल्ट्रामैसिव” के रूप में वर्गीकृत किया गया था और उनमें असामान्य रूप से उच्च तारा निर्माण दर थी।
तीन लाल राक्षस अपनी बड़ी धूल सामग्री के कारण JWST की छवियों में लाल दिखाई देते हैं, जिससे वे प्रकाश की छोटी तरंग दैर्ध्य को अवशोषित करते हैं और शेष प्रकाश को लंबी, लाल रंग की तरंग दैर्ध्य में बिखेर देते हैं। JWST उन्हें इतनी स्पष्टता से देख सकता है क्योंकि यह अवरक्त प्रकाश को पकड़ लेता है, जिससे वैज्ञानिकों को धूल के पार देखने में मदद मिलती है, इसके विपरीत हबल अंतरिक्ष सूक्ष्मदर्शीजो ऑप्टिकल प्रकाश तक ही सीमित है। ब्रह्मांडीय धूल के पार देखने की यह क्षमता उन कारणों में से एक है जिनके कारण JWST ने ब्रह्मांड के बारे में हमारे दृष्टिकोण में क्रांति ला दी है।
उन लाल राक्षसों पर लौटते हुए, नए JWST डेटा से पता चला कि ये आकाशगंगाएँ बाद के ब्रह्मांड की आकाशगंगाओं की तुलना में लगभग दो से तीन गुना अधिक कुशलता से तारे पैदा करती हैं।
इन तीन आकाशगंगाओं का तारकीय द्रव्यमान इतना बड़ा है कि उन्हें लगभग 50% की तारकीय-द्रव्यमान रूपांतरण दक्षता की आवश्यकता होती है, जो आज आकाशगंगाओं में देखी गई विशिष्ट दक्षता से अधिक है। उदाहरण के लिए, अधिकांश आकाशगंगाएँ बाद के समय में अपनी उपलब्ध गैस का लगभग 20% ही तारों में परिवर्तित करती हैं। इन निष्कर्षों से पता चलता है कि प्रारंभिक ब्रह्मांड में स्थितियों का एक अलग सेट रहा होगा जो बहुत तेज़ और अधिक कुशल आकाशगंगा विकास की अनुमति देता है।
अध्ययन के प्रमुख लेखक और यूएनआईजीई विज्ञान संकाय में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता मेंगयुआन जिओ ने बयान में कहा, “हमारा शोध प्रारंभिक आकाशगंगा निर्माण की हमारी समझ को बदल रहा है।”
इस त्वरित वृद्धि के सटीक कारण एक रहस्य बने हुए हैं – यह अधिक प्रचुर मात्रा में गैस, तेज़ गैस शीतलन दर, या अन्य स्थितियों जैसे कारकों पर आधारित हो सकता है जिन्हें अभी तक समझा नहीं गया है। JWST और के साथ भविष्य के अवलोकन अटाकामा बड़ी मिलीमीटर सरणी (एएलएमए) इन अति-विशाल “रेड मॉन्स्टर्स” में गहरी अंतर्दृष्टि प्रदान करेगा और उन स्रोतों के बड़े नमूने प्रदान करेगा।
“जैसा कि हम इन आकाशगंगाओं का अधिक गहराई से अध्ययन करते हैं, वे उन स्थितियों में नई अंतर्दृष्टि प्रदान करेंगे जिन्होंने ब्रह्मांड के शुरुआती युगों को आकार दिया। ‘रेड मॉन्स्टर्स’ प्रारंभिक ब्रह्मांड की हमारी खोज में एक नए युग की शुरुआत है,” जिओ ने निष्कर्ष निकाला।
अध्ययन था प्रकाशित 13 नवंबर को नेचर जर्नल में।
