تاریخچه جهان از تکینگی آغاز شد و تا به امروز که ۱۳٫۸ میلیارد سال از عمر آن می‌گذرد، همچنان در حال انبساط است.
تاریخچه جهان
تلسکوپ فضایی جیمز وب از زمان پرتاب در سال ۲۰۲۱، تصاویری تماشایی مثل زمینه ژرف جهان را برایمان ارسال کرده است. این تلسکوپ جزئیات دقیقی مثل کهکشانی با سن ۱۳٫۱ میلیارد را آشکار کرد. چنین اجرام دوردستی شاید از نظر بصری تأثیرگذار نباشند و به شکل توده‌های سرخ تار در تصاویر ظاهر شوند، اما می‌توانند چشم‌اندازی شگفت‌انگیز را از دوران نوزادی جهان ارائه دهند.
فضا و زمان در هم تنیده‌اند. نور با سرعتی ثابت حرکت می‌کند، بنابراین تصاویری که توسط تلسکوپ‌هایی مثل جیمز وب ثبت می‌شوند در واقع تصاویری از جهان مربوط به میلیون‌ها یا حتی میلیاردها سال پیش هستند.
این مقاله را از دست ندهید : طوفان عظیم خورشیدی، اینترنت ماهواره‌ای ایلان ماسک را مختل کرد
تلسکوپ فضایی جیمز وب
هر چقدر حساسیت و دقت یک تلسکوپ بیشتر باشد، می‌تواند اجرام دوردست‌تری را رصد کند و به این ترتیب زمان‌های دورتری را نمایش دهد. تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) به‌عنوان قوی‌ترین تلسکوپی که تاکنون پرتاب شده است، حساسیت بسیار بالایی دارد. این تلسکوپ از نظر تئوری می‌تواند اشیایی در فاصله‌ی ۱۰۰ میلیون سال از زمان شکل‌گیری جهان را نیز ببیند.
هنوز نادانسته‌های زیادی درباره‌ی تاریخ جهان وجود دارند، اما تلسکوپ‌هایی مثل وب می‌توانند از این رازها پرده بردارند و جزئیات بی‌سابقه‌ای را آشکار کنند.
اولین لحظات تاریخچه جهان
کل جهان از انفجاری کهن و وسیع به وجود آمده است که تا به امروز ادامه دارد. این جرقه که بیگ‌بنگ نامیده می‌شود، نزدیک به ۱۳٫۸ میلیارد سال پیش اتفاق افتاد. بیگ‌بنگ بهترین فرضیه‌ای است که تاکنون برای موجودیت جهان ارائه شده است. با اینکه هنوز راهی برای رصد مستقیم بیگ‌بنگ وجود ندارد، این نظریه ثبات خوبی دارد و طی چند دهه‌ی گذشته از سوی بسیاری از دانشمندان تأیید شده است.
در اولین لحظات جهان در کسری از ثانیه پس از بیگ‌بنگ همه‌چیز درون یک تکینگی قرار داشت که نقطه‌ای بی‌نهایت کوچک از فضا با چگالی بسیار عجیب و زیاد است و همه چیز را دربرمی‌گیرد. در لحظاتی کوتاه پس از تولد کیهان، جهان در دورانی موسوم به عصر پلانک قرار داشت. در این عصر کل جهان به قدری کوچک بود که فضا و زمان هیچ معنایی نداشت. سپس در بازه‌ای زیر یک ثانیه، جهان وارد فازی موسوم به تورم کیهانی شد و برای یک لحظه تا حد زیادی انبساط پیدا کرد. جهان نوزاد شامل سوپ داغی از ذرات زیراتمی و پرتوها بود، به‌گونه‌ای که مانع از شکل‌گیری هر نوع ساختاری می‌شد.
پلاسمای آغازین
جهان آغازین، مکانی چسبناک با ضخامت بالا بود و به مدت چند هزار سال با پلاسمای کدر پر شده بود. این پلاسمای کدر، توده‌ای از ذره‌های زیراتمی بود که برای انقباض و تبدیل‌شدن به اتم بیش از اندازه داغ بود. عدم شفافیت جهان آغازین، دیدن اتفاقات آن زمان را غیرممکن می‌سازد؛ با این‌حال فصل‌های اولیه‌ی تاریخ جهان برای بسیاری از کیهان‌شناس‌ها جذابیت دارند، زیرا مرحله‌ای برای موجودیت همه چیز به شمار می‌روند.
دانشمندان تصور می‌کنند جهان آغازین با مقادیر یکسان ماده و پادماده پر شده بود که در نهایت یکدیگر را نابود کردند و تنها مقدار اندکی ماده در جهان کنونی باقی ماند. این پرسش که چرا مقدار یکی از آن‌ها بیشتر بود همچنان به صورت یک راز باقی مانده است و فیزیک‌دان‌ها همچنان در صدد پاسخ به این پرسش هستند.
در نهایت جهان سرد شد و اتم‌ها و سپس مولکول‌هایی عجیب‌وغریب شروع به شکل‌گیری کردند. اولین مولکولی که در جهان شکل گرفت، تنها از دو عنصر هیدروژن و هلیوم ساخته شده بود. این مولکول‌ها در نهایت ترکیبی موسوم به هلیوم هیدرید را ساختند. این واکنش شیمیایی در واقع ترکیبی هلیومی را ایجاد کرد که به نظر می‌رسد نباید وجود داشته باشد.
جهان شفاف می‌شود
جهان در تولد ۳۰۰هزار سالگی خود، وارد دورانی موسوم به عصر بازترکیبی شد. طی این دوره شکل‌گیری اتم‌ها آغاز شد، گرچه کلمه‌ی «بازترکیب» کمی غلط‌انداز است، زیرا در این دوره برای اولین بار همه چیز با یکدیگر ترکیب شد. با سرد شدن جهان به اندازه‌ی کافی، مواد به شکل اتم‌ها درآمدند و جهان برای اولین بار شفاف شد. این شفافیت اجازه می‌داد که نور باقی‌مانده از بیگ‌بنگ در جهان گسترش پیدا کند.
تابش باستانی بیگ‌بنگ، لبه‌ی جهان مرئی را تعیین می‌کند و هنوز هم می‌توان آن را رصد کرد. با ادامه‌ی انبساط جهان، نور درون آن هم کش می‌آید که ستاره‌شناس‌ها به شکل پدیده‌ی انتقال به سرخ شاهد آن هستند. هر چقدر نور یک جرم قدیمی‌تر باشد، بیشتر کشیده می‌شود و به سمت قرمزتر طیف مثل فروسرخ و درنهایت طول موج‌های طولانی‌تر حرکت می‌کند.
نور آغازین تولد جهان، کشیده‌ترین نور موجود است و چشم انسان نمی‌تواند آن را رصد کند. این نور امروزه با عنوان تابش پس‌زمینه کیهانی (CMB) در تمام جهات دیده می‌شود. همان‌طور که در تصویر فوق دیده می‌شود، برخی قسمت‌های لکه‌دار نوسان‌های اندکی را نشان می‌دهند که بر اثر تورم کیهانی به جا مانده‌اند. این تابش‌های پس‌زمینه‌ی کم‌رنگ آخرین بازتاب‌های تولد کیهان هستند.
عصر تاریکی کیهانی
با پر شدن جهان از اتم‌ها، سرانجام نور توانست آزادانه در فضای باز حرکت کند. با این‌حال، چیزی در جهان وجود نداشت که قادر به تولید نور باشد. در واقع این عصر از جهان به عصر تاریکی کیهانی معروف است. در این دوره ستارگان هنوز متولد نشده بودند و فضا مملو از سکوت و تاریکی بی‌نهایت بود. جهان در نوزادی خود به سر می‌برد و چیزی به جز ماده تاریک با هلیوم و هیدروژن خنثی در آن وجود نداشت؛ اما در همین تاریکی بود که مواد جهان به مرور به یکدیگر پیوستند.
در نهایت با شکل‌گیری اولین ستاره‌ها، جهان وارد عصری موسوم به بازیونش شد و اولین ستاره‌ها درخشیدند. آن‌ها نورهای شدید فرابنفش را در تاریکی انتشار دادند و در نهایت الکترون‌های اتم‌های جدید را حذف کردند؛ اما با اینکه ستاره‌ها برای اولین بار در جهان می‌درخشیدند، نور آن‌ها نمی‌توانست تا فاصله‌ی بسیار دور سفر کند. چرا که کل فضا با مهی از گاز هیدروژن پر شده بود و نور اولین ستاره‌ها را مسدود می‌کرد. پس از مدتی نور ستاره‌ها مسافت‌های دوردست‌تری را طی کردند و امروز به ما رسیدند.
اولین عصر زیستپذیر
بر اساس استانداردهای زمینی بشر، هر مکانی با آب مایع را می‌توان در دسته‌ی زیستپذیر قرار دارد. با سرد شدن زمین آغازین، این حقیقت شگفت‌انگیز آشکار شد که زمانی کل جهان در دمای زیستپذیر قرار داشته است. بر اساس مقاله‌ای که در مجله‌ی بین‌المللی اخترفیزیک منتشر شد، به این دوره، عصر آغازین زیستپذیر گفته می‌شود. بر اساس این فرضیه این پرسش مطرح می‌شود که در جهانی که در آن حیات از نظر تئوری در همه جا وجود داشته، دقیقا چه اتفاقی رخ داده است. بر اساس محاسبات، این عصر کیهانی مربوط به زمانی است که جهان هنوز ۱۰ الی ۱۷ میلیون سال داشت.
البته دانشمندان درباره‌ی این فرضیه اختلاف‌هایی دارند. بر اساس مقاله‌ای در نیچر که مخالف این ایده است، حیات به جریان انرژی گرم به سرد نیاز دارد و نمی‌تواند در جهانی که به صورت یکپارچه گرم است وجود داشته باشد. علاوه بر این، در این عصر آغازین مشخص نیست که آیا جهان، ستاره یا سیاره یا حتی اکسیژنی برای تولید آب داشته است یا خیر. با این حال این فرضیه را نمی‌توان به طور کامل رد کرد. اولین سیاره‌ها احتمالا در چند میلیارد سال آغازین جهان شکل گرفته‌اند؛ بنابراین فرضیه‌ی عصر زیست پذیر آغازین اندکی فراتر از یک آزمایش ذهنی جذاب است.
اولین نورها در تاریکی
اولین ستاره‌های جهان از مواد بکر باقی‌مانده از بیگ‌بنگ شکل گرفتند و عامل شکل‌گیری اولین عنصرهای سنگین جهان بودند. این ستاره‌ها که فاقد عنصرهای سنگین‌تر از هلیوم بودند، به ستارگان جمعیت ۳ معروف هستند (به شکل گیج‌کننده‌ای جمعیت‌های ستاره‌ای بر اساس ترتیب اشتباه نام‌گذاری شده‌اند). از آنجا که این ستاره‌ها عامل شکل‌گیری عنصرهای سنگین جهان بودند، باید در مقطعی از تاریخ وجود داشته باشند. انتظار می‌رود این اجرام بین ۱۰۰ میلیون تا ۲۵۰ میلیون سال پس از بیگ‌بنگ شکل گرفته باشند.
بر اساس مدل‌ها، ستاره‌های جمعیت ۳ بسیار سنگین بودند و بر اساس استانداردهای ستاره‌ای در دنیای کنونی، عمر کوتاهی داشتند. عمر برخی از این ستاره‌ها تنها به ۲ میلیون سال می‌رسید که از زاویه‌ی دید انسانی زمانی طولانی است؛ اما در مقیاس ستاره‌ای مانند چشم بر هم زدن است. وقتی زندگی این ستاره‌ها به پایان می‌رسید، احتمالا در انفجارهای ابرنواختر ناپایدار جفتی که شدیدترین نوع انفجار ستاره‌ای در جهان است، از بین می‌رفتند. با اینکه تاکنون هیچ ستاره‌ای متعلق به این گروه رصد نشده است، شاید با ابزارهای قدرتمندی مثل تلسکوپ فضایی جیمز وب این روند تغییر کند.
شکوفایی کیهان با ستارگان
ما در فصلی از جهان موسوم به عصر ستاره‌سازی زندگی می‌کنیم. این عصر آغازگر درخشش ستاره‌ها در تاریکی و در واقع عصر مدرن جهان به شمار می‌رود که در آن ماده‌ی کیهانی به ستاره‌ها، سیاره‌ها و کهکشان‌ها تبدیل می‌شود. به باور دانشمندان عصر ستاره‌سازی تقریبا یک میلیون سال پس از بیگ‌بنگ آغاز شد و تا ۱۰۰ تریلیون سالگی جهان ادامه خواهد یافت. تا آینده‌ای بسیار دوردست، تولد، زندگی و مرگ ستاره‌های کیهان و گداخت هیدروژن به عنصرهای سنگین‌تر ادامه خواهد یافت تا جایی که هیدروژن به‌طور کامل ناپدید شود.
با اینکه ستاره‌ها به شکل فعالی در جهان در حال شکل‌گیری هستند، طیف وسیعی شامل ستاره‌های تازه‌متولد‌شده تا ستاره‌های بسیار کهن را در بر می‌گیرند. ستاره‌ها می‌توانند تا میلیاردها سال به حیات خود ادامه دهند. کوتوله‌های سرخ که کوچک‌ترین و پرجمعیت‌ترین ستاره‌های جهان به شمار می‌روند تا مدت طولانی زنده می‌مانند، به‌طوری‌که تاکنون مرگ آن‌ها ثبت نشده است، زیرا جهان هنوز به اندازه‌ی کافی مسن نیست. ستاره‌شناس‌ها ستاره‌های بسیار کهن را نیز در کیهان رصد کرده‌اند که قدمت برخی از آن‌ها به اولین روزهای راه شیری، یعنی بین ۱۱ تا ۱۳ میلیارد سال پیش بازمی‌گردد. ستاره‌هایی از این دست، بیشتر تاریخ جهان را مشاهده کرده‌اند.
بذرهای ستاره‌ای
از نظر وزن، بیشتر زمین از عنصرهای شیمیایی سنگین‌تر از هلیوم تشکیل شده است که در هسته‌ی ستاره‌ها ساخته می‌شوند. این فرآیند با عنوان هسته‌زایی شناخته می‌شود. در طول عمر یک ستاره، واکنش‌های هسته‌ای به ترکیب عنصرهای سبک و تولید عنصرهای سنگین‌تر می‌انجامند. به این ترتیب عنصرهایی مثل کربن، اکسیژن، سیلیکون، سولفور و آهن در قلب ستاره‌ها شکل می‌گیرند. وقتی ستاره‌ها به پایان سوخت خود می‌رسند، عنصرهایی را که ساختند به کیهان بازمی‌گردانند.
ستاره‌ها با تولد و مرگ خود طی میلیاردها سال کهکشان را مملو از عنصرها می‌سازند. کربن، اکسیژن و نیتروژن از فراوان‌ترین عنصرهایی هستند که توسط ستاره‌های کوچک‌تر ساخته می‌شوند. با مرگ این ستاره‌ها، لایه‌های بیرونی‌شان به شکل یک سحابی ستاره‌ای درمی‌آید. از این نمونه می‌توان به سحابی حلقه جنوبی اشاره کرد که تلسکوپ جیمز وب تصویر آن را منتشر کرد.
عمر بزرگ‌ترین ستاره‌ها نیز در انفجار ابرنواختر به پایان می‌رسد. این انفجارها نه‌تنها کهکشان‌ها را با عنصرهای سنگینی مثل آهن پر می‌کنند، بلکه موج‌های ضربه‌ای آن‌ها می‌توانند زمینه‌ساز تولد ستاره‌های جدید باشند.
کهن‌ترین ستاره شناخته‌شده
شکار قدیمی‌ترین ستاره‌های جهان یکی از زمینه‌های جذاب نجوم است که می‌تواند به دانشمندان در درک اولین روزهای کیهان کمک کند. قدیمی‌ترین ستاره‌ای که تاکنون کشف شده است، HD 140283 نام دارد. این ستاره به قدری قدیمی است که اولین تخمین‌های سنی آن قدیمی‌تر از خود جهان هستند. با این‌حال این اثر توهمی است که بر اثر عدم قطعیت در تخمین‌ها به وجود آمده است. به همین دلیل اندازه‌گیری سن یک ستاره کار آسانی نیست.
بر اساس پژوهشی دیگر در مجله‌ی نجوم و اخترفیزیک، سن HD 140283 تقریبا هم‌اندازه با سن کیهان، یعنی ۱۳٫۷ میلیارد سال تخمین زده شد. به بیان دیگر این ستاره احتمالا صد میلیون سال پس از بیگ‌بنگ به وجود آمده و به این ترتیب یکی از اولین نسل ستاره‌هایی است که در جهان متولد شدند.
این ستاره از نظر فلزی فقیر است یا به بیان دیگر تعداد کمی عنصر شیمیایی سنگین‌تر از هلیوم دارد و به این ترتیب در دسته‌ی ستاره‌های جمعیت ۲ قرار می‌گیرد. چنین ستاره‌هایی از قدیمی‌ترین اجرامی هستند که تاکنون در جهان می‌درخشند. بر اساس نسبت عنصرهای شیمیایی، این ستاره‌ها از بازماندگان ستارگان اولیه از اولین روزهای جهان هستند.
قدیمی‌ترین سیاره شناخته‌شده
هیچ‌کس دقیقا نمی‌داند اولین سیاره‌ها چه زمانی شکل گرفتند، اما به نظر می‌رسد می‌توانند بیشتر از ستاره‌ها عمر کنند. قدیمی‌ترین سیاره شناخته‌شده در مدار دو ستاره‌ی مرده قرار دارد که یکی از آن‌ها تپ‌اختر و دیگری کوتوله‌ای سفید است. هر دو ستاره لاشه‌های ستاره‌ای هستند که دیگر سوختی ندارند و بخش زیادی از مواد شیمیایی خود را در کهکشانشان منتشر کرده‌اند. تپ‌اختر یادشده با نام PSR B1620 و سیاره‌ی واقع در مدار آن، با نام مستعار متوشالح شناخته می‌شوند. این سیاره که نوعی غول گازی است، بی‌شباهت به سیاره مشتری نیست.
بر اساس تخمین‌ها، طول عمر متوشالح به ۱۲٫۷ میلیارد سال می‌رسد، اما این سن دقیق نیست. هیچ روش خوبی برای تخمین سن سیاره‌ها وجود ندارد، بنابراین این تخمین بر اساس دیگر ستاره‌های درون خوشه‌ی متوشالح انجام شده است. خوشه‌های سراسری مثل خوشه‌ی میزبان متوشالح ، مملو از ستاره‌هایی هستند که در زمان یکسانی شکل گرفته‌اند.
بر اساس پژوهش مجله‌ی ساینس، وجود سیاره‌ی باستانی متوشالح نکات جذابی درباره‌ی زمان شکل‌گیری قدیمی‌ترین سیاره‌ها ارائه می‌دهد. اگر تخمین‌ها صحیح باشند و متوشالح واقعا ۱۲٫۷ میلیارد سال سن داشته باشد، می‌توان گفت سیاره‌ها زودتر از آنچه تصور می‌کنیم شکل گرفته‌اند. به بیان دیگر، متوشالح ممکن است تنها سیاره باستانی درون کهکشان ما نباشد.
شکل‌گیری کهکشان‌ها
وقتی جهان تنها ۲۰۰ میلیون سال داشت، اولین کهکشان‌ها شکل گرفتند. این کشف در ابتدا ستاره‌شناس‌ها را متعجب کرد زیرا تصور می‌کردند کهکشان‌ها مدت‌ها بعد تشکیل شده‌اند. کهکشان‌های آغازین شباهتی به کهکشان‌های عظیم کنونی نداشتند. بلکه ابرهای بی‌شکلی از گاز و غبار نامنظم بودند.
این کهکشان‌ها که با موجی از تولد ستاره‌ها همراه بودند، در نهایت به کهکشان‌های عظیمی تبدیل شدند که امروزه جهان را پر کرده‌اند. به نظر می‌رسد کهکشان راه شیری هم تقریبا ۱۳٫۶ میلیارد سال پیش تشکیل شده است. کهکشان ما در آن زمان توده‌ی غیرقابل تشخیصی از ستاره‌ها بود که شباهتی به مارپیچ کنونی نداشت.
قدیمی‌ترین کهکشانی که تاکنون کشف شده است، ۳۰۰ میلیون سال پس از بیگ‌بنگ شکل گرفت. این کهکشان HD1 نام دارد و تلسکوپ جیمز وب نقش مهمی در تعیین سن آن ایفا کرده است. HD1 در صورت تأیید قدیمی‌ترین کهکشانی خواهد بود که توسط ستاره‌شناس‌ها تاکنون دیده شده است و می‌تواند دیدگاه‌های شگفت‌انگیزی را درباره‌ی شکل‌گیری اولین کهکشان‌های جهان ارائه کند. شکل‌گیری کهکشان‌ها هنوز زمینه‌ی پژوهشی پر رمز و راز و مملو از پرسش‌های بی‌پاسخ است. کمک به حل این پرسش‌ها یکی از اهداف اصلی تلسکوپ جیمز وب خواهد بود.
بیشتر بخوانید : کشف سیاره ای مشابه زمین ، قابل سکونت
ساختارهای بزرگ‌مقیاس کیهان
به نظر می‌رسد بخش زیادی از جهان را یک خلأ خالی تشکیل دهد؛ اما جهان ساختارهای پیچیده‌ای در مقیاس‌های بسیار بزرگ دارد. کیهان با آرایه‌ای از رشته‌های ماده تاریک پوشیده شده است که ساختاری تار و پودمانند را تشکیل می‌دهند. این شبکه‌ی ماده‌ی تاریک که ساختار بزرگ‌مقیاس نامیده می‌شود، به جهان شکل می‌دهد و باعث می‌شود کهکشان‌ها در الگوهای منظمی قرار بگیرند. گرانش ساختار بزرگ‌مقیاس باعث می‌شود ماده‌ی تاریک و مرئی هر دو در کنار یکدیگر قرار بگیرند. با بررسی این ساختار می‌توان به نشانه‌‌هایی از جوانی جهان رسید.
تصاویر زمینه ژرف مثل تصویر تلسکوپ جیمز وب می‌توانند چگونگی قرار گرفتن کهکشان‌ها در کنار یکدیگر را آشکار کنند. این ساختارها در واقع بزرگ‌ترین ساختارهای مرئی یا رشته‌های کهکشانی در جهان هستند که توسط گرانش در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند. علاوه بر این، ساختارها تصادفی نیستند، بلکه دارای نظمی هستند که هنوز ذهن پژوهشگرها را به خود مشغول کرده‌اند. به نظر می‌رسد کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی بزرگ به شکلی برابری در رشته‌های کهکشانی قرار دارند و از این نظر درست به گردنبند مروارید شبیه هستند. هنوز ابهامات زیادی درباره‌ی ساختارهای بزرگ مقیاس وجود دارد.
