ستاره‌شناسان برای مدت طولانی بر این باور بودند که شکل‌گیری کهکشان‌ها از یک مدل بسیار ویژه پیروی می‌کند. در این مدل، گازهای کیهانی به صورت توده‌ها جمع می‌شوند، ستارگان از آن توده‌ها به دنیا می‌آیند و اندازه محیط‌های ستاره‌ای طی میلیاردها سال به تدریج افزایش می‌یابد. با وجود این، «تلسکوپ فضایی جیمز وب» که در دسامبر ۲۰۲۱ به فضا پرتاب شد، این مدل را زیر سوال برده است.

به نقل از اسپیس، دانشمندان در یک پژوهش جدید، سه کهکشان بزرگ را به نام «هیولاهای سرخ‌رنگ» شناسایی کرده‌اند که هر کدام تقریبا به اندازه کهکشان راه شیری هستند و تنها یک میلیارد سال پس از انفجار بزرگ به وجود آمده‌اند. اگرچه این زمان بسیار طولانی به نظر می‌رسد اما در جهان ۱۴ میلیارد ساله ما، یک میلیارد سال نسبتا کم است. بنابراین، این کهکشان‌ها یک پرسش اساسی را مطرح می‌کنند. پرسش این است که کهکشان‌ها چگونه به این سرعت بزرگ شدند.

وقتی ستاره‌شناسان جهان اولیه را با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب بررسی کردند، انتظار داشتند کهکشان‌هایی را در کیهان اولیه پیدا کنند که به طور کامل گسترش نیافته بودند اما از کشف کهکشان‌های پرجرم نیز شگفت‌زده شدند. این بحران در کیهان‌شناسی، نیاز به ارزیابی مجدد را در درک ما درباره تکامل جهان از زمان انفجار بزرگ مطرح کرد.

دانشمندان در ماه اوت دریافتند که این کهکشان‌ها ممکن است به دلیل داشتن سیاه‌چاله‌های تغذیه‌کننده، بزرگ‌تر و درخشان‌تر به نظر برسند و به این نتیجه رسیدند که کهکشان‌های بزرگ غیر منتظره در واقع کمتر از آنچه پیشتر تصور می‌شد، جرم دارند اما جالب است که این پژوهش جدید، هیچ شواهدی را از آنچه به عنوان هسته‌ فعال کهکشانی در این کهکشان‌ها شناخته می‌شود، نشان نداد و این احتمال را رد کرد که گسیل‌های شدید آنها از سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم در مرکزشان باشد.

بنابراین، دانشمندان به این نتیجه رسیدند که ویژگی‌های این کهکشان‌ها شامل جرم بالا و تشکیل سریع ستاره، ویژگی‌های ذاتی خود کهکشان‌ها هستند و توسط یک هسته فعال هدایت نمی‌شوند.

این پژوهش که به سرپرستی یک تیم بین‌المللی «دانشگاه ژنو»(UNIGE) انجام شده است، از داده‌های بررسی «FRESCO» تلسکوپ فضایی جیمز وب استفاده می‌کند. این پژوهش روی کهکشان‌هایی با مقادیر انتقال به سرخ بین z = ۵ و z = ۹ متمرکز شد که جهان در آن زمان فقط یک میلیارد تا ۱.۵ میلیارد سال داشت. انتقال به سرخ اندازه‌گیری می‌کند که طول موج‌های نور ساطع‌شده از اجرام دور در مسیر خود به سمت آشکارسازهای زمینی، به دلیل گسترش جهان با مقادیر بالاتر دچار کشش می‌شوند که نشان‌دهنده فاصله و سن بیشتر است. این گروه پژوهشی از طیف‌نگار «دوربین فروسرخ نزدیک»(NIRCam) جیمز وب برای اندازه‌گیری فواصل کهکشان‌ها و جرم ستاره‌ها استفاده کردند.

«پاسکال اوش»(Pascal Oesch) پژوهشگر ارشد این برنامه رصدی توضیح داد: دستگاه موجود روی تلسکوپ فضایی به ما امکان می‌دهد تا رشد کهکشان‌ها را در طول زمان شناسایی و بررسی کنیم و تصویر واضح‌تری را از جرم ستاره‌ای انباشته‌شده در طول تاریخ کیهانی به دست بیاوریم.

تحلیل این گروه پژوهشی روی ۳۶ کهکشان کلان‌جرم، غبارآلود و ستاره‌ساز متمرکز بود که به دلیل رنگ قرمز منحصربه‌فرد و خطوط انتشار برجسته انتخاب شدند. این ویژگی‌ها نشان می‌دهند که آنها بزرگ هستند و به طور قابل توجهی توسط غبار پوشیده شده‌اند. اگرچه بیشتر کهکشان‌ها با مدل‌های نظری شکل‌گیری کهکشان‌ مطابقت داشتند اما سه کهکشان که به عنوان فوق‌ پرجرم دسته‌بندی شدند، میزان تشکیل ستاره بسیار بالایی داشتند.

درباره هیولاهای سرخ، داده‌های جدید جیمز وب نشان داد که آنها ستارگانی را در حدود دو تا سه برابر کارآمدتر از کهکشان‌های جهان بعدی تولید می‌کنند.

جرم‌های ستاره‌ای این سه کهکشان به قدری بالا هستند که به بازدهی تبدیل جرم ستاره‌ای در حدود ۵۰ درصد نیاز دارند. این بالاتر از بازدهی معمول است که در کهکشان‌های امروزی مشاهده می‌شود. این یافته‌ها نشان می‌دهند شاید جهان اولیه یک مجموعه از شرایط متفاوت داشته باشد که امکان رشد بسیار سریع‌تر و کارآمدتر کهکشان‌ها را فراهم کرده است.

«منگیوآن شیائو»(Mengyuan Xiao) از پژوهشگران این پروژه گفت: این پژوهش، درک ما را درباره شکل‌گیری اولیه کهکشان‌ها تغییر می‌دهد.

این پژوهش در مجله «Nature» به چاپ رسید.