بزرگ‌ترین اکتشافات نجومی در ۲۵ سال گذشته

هدف نجوم به‌عنوان یک رشته همواره پاسخگویی به پرسش‌های بنیادی درباره‌ی جایگاهمان در جهان بوده، بنابراین شاید بهتر است فهرست بزرگ‌ترین اکتشافات نجومی را از ۱۵ آوریل ۱۹۹۹ آغاز کنیم، یعنی زمانی که اولین منظومه‌ی سیاره‌ای فراخورشیدی کشف شد. ستاره‌شناس‌ها در ۲۵ سال گذشته صدها دنیای سرگردان را کشف کردند که تعریف سیاره‌ را به چالش کشیدند.

 از اکتشافات مهم دیگر می‌توان به کشف «ذره‌ی خدا»، نوسان‌های بافت فضازمان، نوترینوهای گمشده‌ی خورشید و اولین سرنخ واقعی درباره‌ی ماهیت انرژی تاریک اشاره کرد. در ادامه به شگفت‌انگیز‌ترین اکتشافات ربع قرن گذشته اشاره می‌کنیم.

ستاره‌شناس‌ها در آوریل ۱۹۹۹، سه سیاره در ابعاد سیاره‌ی مشتری را کشف کردند که مدار ستاره‌ی زرد-سفیدی به نام اوپسیلون اندرومدای ای می‌چرخیدند. این منظومه‌ که در فاصله‌ی ۴۴ سال نوری از زمین قرار دارد، اولین منظومه‌ فراخورشیدی است که کشف شد.

کشف یادشده این مفهوم را به چالش کشید که منظومه‌ی خورشیدی ما یک پدیده‌ی واحد در جهان است و نشان داد کشف دیگر منظومه‌های سیاره‌ای به زمان و فناوری وابستگی دارد. همچنین ستاره‌شناس‌ها در سال ۲۰۱۰ متوجه شدند که برخلاف سیاره‌های منظومه شمسی، سیاره‌های مشتری‌مانند در این منظومه‌ی فراخورشیدی روی یک صفحه‌ی یکسان قرار ندارند؛ بلکه دارای شیب ۳۰ درجه‌ای نسبت به یکدیگر هستند. این یافته به دانشمندان کمک کرد تا در نظریه‌های شکل‌گیری و تکامل سیاره‌ها بازنگری کنند. تا آوریل ۲۰۲۴، ستاره‌شناس‌ها ۹۰۰ ستاره کشف کردند که میزبان دو یا چند سیاره بودند.

در ابتدای قرن ۲۱، ستاره‌شناس‌ها اولین سیاره سرگردان را در نزدیکی خوشه‌ی ذوزنقه کشف کردند که یک پرورشگاه ستاره‌ای در نزدیکی قلب سحابی شکارچی است.

تنها در کهکشان ما ممکن است یک کوادریلیون سیاره‌ی سرگردان وجود داشته باشد که از دیسک گاز و غبار محل تولد خود بیرون رانده شده‌اند. با این‌حال تنها تعداد کمی از این سیاره‌ها در کهکشان راه شیری کشف شده‌اند؛ زیرا این سیاره‌ها بسیار کم‌نور هستند و همین ویژگی رصدشان را دشوار می‌کند. این سیاره‌های یتیم از سبک‌ترین فرآورده‌های تولد ستاره‌ای هستند و اطلاعات مهمی را درباره‌ی محیط‌های شکل‌گیری خود حمل می‌کنند.

تلسکوپ فضایی اسپیتزر ناسا در اوایل سال ۲۰۰۱، شواهدی از اولین کمربند سیارکی خارج از منظومه‌ی شمسی را کشف کرد که در اطراف ستاره‌ای خورشیدمانند به نام HD 69830 در فاصله‌ی ۴۰ سال نوری در صورت فلکی کشتی‌دم قرار دارد. بر اساس تخمین‌ها، این کمربند ۲۵ برابر سنگین‌تر از کمربند سیارکی اصلی بین مدار مریخ و مشتری است. در سال ۲۰۰۵، ستاره‌شناس‌ها سه سیاره‌ی نپتون‌مانند را در مدار این ستاره کشف کردند که خارجی‌ترین آن احتمالا در کمرند حیات ستاره‌اش قرار دارد.

ستاره‌شناس‌ها به اندازه و موقعیت کمربندهای سیارکی در منظومه‌های چندسیاره‌ای علاقه‌مند هستند؛ زیرا این قطعات سنگی بر ادغام سیاره‌ها و حتی ظهور حیات تأثیر می‌گذارند. بر اساس نظریه‌ای پیشتاز، سیارک‌ها آب و مواد زیستی را به زمین آغازین آوردند. این ادعا با کشف مولکول‌های آب در نمونه‌های سیارکی بازگشتی به زمین و همچنین نمونه‌های فضایی تقویت شد.

فیزیکدان‌ها در ژوئن ۲۰۰۱ اعلام کردند که نوترینوهای گمشده‌ی خورشید را کشف کرده‌اند. این نوترینوها درواقع ذرات زیراتمی بدون بار و عملا بدون جرم هستند. این کشف، جستجوی سی ساله برای بسته‌های کوچک انرژی را پایان داد، اما نشان داد که این ذرات هم اندکی جرم دارند.

واکنش‌های هسته‌ای در قلب خورشید یا همان فرآیندی که خورشید به خاطر آن می‌درخشد، باعث تولید میلیاردها نوترینو می‌شود که بر اساس تخمین‌ها نیمی از آن‌ها باید سفری ۱۵۰ میلیون کیلومتری را تا زمین بپیمایند. با این‌حال آزمایش‌های اواخر دهه‌ی ۱۹۶۰ میلادی تعداد کمی از این ذرات شبح‌وار را کشف کردند. بعدها این معما با عنوان مسئله‌ی نوترینوی خورشیدی مطرح شد.

آزمایش‌های رصدخانه‌ی نوترینوی سادبری کانادا در سال ۲۰۰۱ نشان دادند که نوترینوهای گمشده در واقع به دو نوع نوترینو در مسیر خود به سمت زمین تبدیل می‌شوند و به همین دلیل کشف آن‌ها دشوار است. این تبدیل مستلزم این است که نوترینوها دارای مقداری جرم باشند که صدها هزار برابر کمتر از جرم دومین ذره‌ی سبک یعنی الکترون است.

ستاره‌شناس‌ها در نوامبر ۲۰۰۱، وارد فاز جدیدی از علم سیاره‌ فراخورشیدی شدند. آن‌ها بر اساس داده‌های تلسکوپ فضایی هابل به وجود جو در جهانی بیگانه پی بردند. این سیاره‌ی فراخورشیدی به نام HD 209458b در فاصله‌ی ۱۵۰ سال نوری در صورت فلکی اسب بزرگ قرار دارد. این سیاره یکی از اولین سیاره‌های فراخورشیدی میزبان جو شناخته‌شده است.

کشف یادشده عصری جدید را در اکتشافات سیاره‌های فراخورشیدی رقم زد و از آن زمان ستاره‌شناس‌ها می‌توانند به مقایسه‌ی جو سیاره‌های فراخورشیدی و فراوانی گازهای جوی برای شکل‌گیری حیات روی زمین بپردازند.

در سال ۲۰۰۷، ستاره‌شناس‌ها با استفاده از رصدخانه‌ی پارکز در استرالیا یک انفجار رادیویی سریع (FRB) را کشف کردند. یک انفجار کوتاه درخشان از موج‌های رادیویی که از کهکشانی در فاصله‌ی میلیاردها سال نوری از زمین سرچشمه می‌گرفت. تنها در چند میلی ثانیه، ضربان درخشانی به نام انفجار لوریمر FRB 010724 انرژی برابر با انرژی خورشید در طول ۸۰ سال را آزاد کرد. از آن زمان صدها پالس درخشان این چنینی از کهکشان‌های دوردست کشف شدند که تعداد اندکی از آن‌ها به‌صورت پیوسته یا به‌صورت نامنظم منفجر می‌شوند.

ستاره‌شناس‌ها از پالس‌های شدید انفجار رادیویی برای کشف برخی از مواد گمشده‌ی جهان کردند که در فضاهای بین‌ کهکشان‌ها مخفی شده‌اند. این مواد با بررسی توزیع امواج رادیویی از حرکت FRB-ها در گاز میان‌ستاره‌ای آشکار شدند.

در ژوئیه ۲۰۱۲، رشته‌ی فیزیک ذرات با کشف بوزون هیگز توجهات جهان را به خود جلب کرد. بوزون هیگز، ذره‌ای زیراتمی است که به عنوان میدانی که به دیگر ذرات بنیادی جرم می‌دهد، در جهان توزیع‌ شده است. وجود بوزون هیگز برای اولین به صورت مستقل توسط فیزیکدان‌هایی به نام پیتر ور هیگز و فرانسوا انگلرت در سال ۱۹۶۴ پیشنهاد شد. ذره خدا درست نیم‌قرن بعد طی دو آزمایش که دو سال زمان برد، در برخورد‌دهنده‌ی هادرونی بزرگ سوئیس کشف شد. هیگز و انگلرت در سال ۲۰۱۳ به پاس نظریه‌ی چگونگی دستیابی ذرات به جرم برنده‌ی جایزه‌ی نوبل شدند.

در فوریه ۲۰۱۶، دانشمندان اعلام کردند که سپتامبر سال قبل با استفاده از رصدخانه موج گرانشی تداخل‌سنج لیزری یا به اختصار لایگو، امواج گرانشی را کشف کرده‌اند. امواج گرانشی نوسان‌های ضعیفی در بافت فضا زمان هستند که اینشتین یک قرن پیش آن‌ها را پیش‌بینی کرده بود و برای اولین بار در سال ۲۰۱۵ یکی از نوسان‌های حاصل از برخورد دو سیاه‌چاله‌ توسط آشکارسازهای زمینی کشف شد.

از آنجا که امواج گرانشی در میان مواد بسیار داغ جهان آغازین به شکلی دست‌نخورده سفر کردند، کشف آن‌ها به معنی روشی جدید برای بررسی جهان به شمار می‌رفت که هرگز با امواج الکترومغناطیسی ممکن نبود. سه فیزیکدان که به آشکارسازی امواج گرانشی کمک کردند عبارت‌اند از: راینر وایس، بری بریش و کیپ تورن. هر سه در سال ۲۰۱۷ برنده‌ی جایزه‌ی نوبل فیزیک شدند.

در ژوئن ۲۰۲۳، عصر جدید دیگری در نجوم امواج گرانشی رقم خورد. در آن زمان دانشمندان با رصدخانه‌ی امواج گرانشی نانوهرتز آمریکای شمالی (NANOGrav)، شواهدی از حضور همهمه‌ای پایدار از امواج گرانشی را کشف کردند. آن‌ها به شدت به این همهمه که دارای فرکانس یک‌میلیاردیم هرتز بود و صدها برابر ضعیف‌تر از امواج گرانشی کشف‌شده در سال ۲۰۱۵ بود، مشکوک بودند. این همهمه نشان‌دهنده‌ی بازتابی از یک زوج سیاه‌چاله‌ی کلان‌جرم بود که در مدار یکدیگر می‌چرخیدند.

در پائیز ۲۰۱۷، ستاره‌شناس‌های جرم عجیبی را در منظومه شمسی رصد کردند که با عنوان اولین بازدید‌کننده‌ی میان‌ستاره‌ای شناخته می‌شود. این جرم که به اومواموا معروف است، زمینه‌ساز معماهای زیادی شد، زیرا روشنایی آن با حد قابل انتظار یک سیارک متفاوت بود و از سویی رفتارش مشابه دنباله‌دار هم نبود.

برخی گمان می‌کردند اومواموا سازه‌ای بیگانه است. اومواموا که به عنوان سیارک درنظر گرفته می‌شد در سال ۲۰۲۳ در نقش یک دنباله‌دار درآمد و گروهی از ستاره‌شناس‌ها معتقد بودند که این جرم احتمالا از یک منظومه‌ی سیاره‌ای فراخورشیدی دفع شده است و به‌وسیله‌ی مقادیر ناچیز گاز هیدروژن که از قلب یخی‌اش خارج می‌شود، شتاب گرفته است.

در سال ۲۰۱۹، ستاره‌شناس‌ها دومین بازدیدکننده‌ی میان‌ستاره‌ای با عنوان بوریسف را کشف کردند که هویت دنباله‌دار آن خیلی زود به لطف دم گازی‌اش آشکار شد. این جرم سرگردان که تا پیش از خورشید، هرگز از نزدیکی ستاره‌ای عبور نکرده بود، یکی از بکر‌ترین دنباله‌دارهایی محسوب می‌شود که تاکنون مطالعه شده است.

ستاره‌شناس‌ها در سال ۲۰۱۹ برای اولین بار از یک سیاه‌چاله عکس‌برداری کردند. تلسکوپ ایونت هورایزن تصویری از سیاه‌چاله‌ای غول‌آسا را در قلب کهکشان مسیه ۸۷ ثبت کرد که در فاصله‌ی بیش از ۵۰ میلیون سال نوری از زمین قرار دارد. این تصویر روشی جدید برای مطالعه‌ی سیاه‌چاله‌ها فراهم کرد که از نظر اهمیت به اولین تصویرسازی‌های حشرات و گیاهان در میکروسکوپ شباهت داشت.

ستاره‌شناس‌ها در سال ۲۰۲۱ تصویری جدید از سیاه‌چاله یادشده را رونمایی کردند که نشان می‌داد میدان‌های مغناطیسی چگونه در نزدیکی سیاه‌چاله‌ها رفتار می‌کنند. در سال ۲۰۲۳ سیاه‌چاله با هوش مصنوعی بازسازی شد و به دوناتی نارنجی شکل در یک حلقه‌ی باریک شباهت پیدا کرد. ستاره‌شناس‌ها متوجه شدند این سیاه‌چاله در حال چرخش است، گرچه سرعت چرخشش معلوم نیست.

دقیق‌ترین نقشه‌ی کهکشان راه شیری به صورت سه‌بعدی، نزدیک به ۱٫۸ میلیارد ستاره را با دقتی بی‌سابقه بر اساس داده‌های فضاپیمای گایا از آژانس فضایی اروپا ترسیم می‌کند. با اینکه رقم یادشده بسیار شگفت‌انگیز است، تنها ۱ درصد از کل ستاره‌های کهکشان را دربرمی‌گیرد. به باور ستاره‌شناس‌ها بررسی حرکت‌های این ستاره‌های رسم‌شده سرنخ‌هایی دیرینه را درباره‌ی ماهیت ماده تاریک نشان می‌دهد.

ستاره‌شناس‌ها در ژانویه‌ی ۲۰۲۴ از کشف کهکشانی آغازین خبر دادند که چنان پراکنده است که هنوز هیچ ستاره‌ای ندارد. این کشف نظریه‌های پیشتاز درباره‌ی چگونگی شکل‌گیری و تکامل کهکشان‌ها و حتی تعریف کهکشان را به چالش کشید. با این‌حال چگونه ممکن است یک کهکشان بدون ستاره باشد؟

در همان زمان، گروهی متفاوت از کشف یک کهکشان تقریبا خالی دیگر به نام Nube (کلمه‌ی اسپانیایی به معنی ابر) خبر داد که کهکشانی یکپارچه و منزوی در فاصله‌ی ۳۰۰ میلیون سال نوری از زمین است؛ نزدیک‌ترین همسایه‌ی بزرگ این کهکشان حداقل ۱٫۴ میلیون سال نوری با آن فاصله دارد.

کهکشان‌های تاریک صدها برابر کم‌نورتر از راه شیری هستند که نور خود را از ۱۰۰ میلیارد ستاره تأمین می‌کند. ستاره‌شناس‌ها همچنان حیرت زده‌اند که چگونه چنین کهکشان‌های بدون ستاره‌ای حاوی گازهای بکر شکل‌دهنده‌ی ستاره هستند.

فیزیکدان‌ها تا مدت‌ها انرژی تاریک یا نیروی اسرارآمیز عامل افزایش سرعت انبساط جهان را یک ثابت کیهانی می‌دانستند که در کل تاریخ جهان بدون تغییر باقی می‌ماند.

با این‌حال در آوریل ۲۰۲۴، ستاره‌شناس‌هایی که بزرگ‌ترین نقشه‌ی سه‌بعدی جهان را ساخته بودند نشان دادند که انرژی تاریک به‌مرور زمان در حال تکامل است. این کشف می‌تواند اولین سرنخ درباره‌ی این پدیده‌ی اسرارآمیز در طی دو دهه‌ی گذشته باشد و در صورت تأیید با داده‌های آینده، به اندازه‌ی کشف افزایش سرعت انبساط جهان، انقلابی است.

ستاره‌شناس‌ها تا مدت‌ها به این پرسش فکر می‌کردند که چگونه جهان از عصر تاریکی کیهانی سربرآورد، آن هم زمانی که در مهی چگال از گاز هیدروژن خنثی پنهان شده بود. در اوایل سال ۲۰۲۴، ستاره‌شناس‌ها با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) نشان دادند که کهکشان‌های کوتوله‌ای که در فاصله‌ی چندصد میلیون سال نوری آغازین جهان وجود داشتند اولین نورهای آغازین را شکل دادند. این کشف قابلیت‌های بی‌سابقه‌ی فروسرخ تلسکوپ جیمز وب را ثابت می‌کند که امکان جمع‌آوری نور از کم‌نورترین اجرام را می‌دهد.

اکتشافات شگفت‌انگیز تلسکوپ جیمز وب و چشم‌اندازهایی که از زمان آغاز به فعالیتش در سال ۲۰۲۲ ارائه داد، جهان را حیرت‌زده کرد. برای مثال این تلسکوپ «ستون‌های آفرینش» را با جزئیاتی بی‌سابقه ثبت و پرده‌ی منقوش رنگی محل شکل‌گیری ابرهای غبار و فرآیندهای کیهانی را در این منطقه آشکار کرد.

تلسکوپ جیمز وب همچنان ستاره‌شناس‌ها و مردم را با تصاویر دقیق از دوردست‌ترین کهکشان‌های جهان، سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم و سیاره‌های فراخورشیدی حیرت زده می‌کند.