یک خوشه کهکشانی عظیم که مربوط به دورانی است که چنین ساختارهای عظیمی تازه در حال شکل گیری بودند، درک دانشمندان را از چگونگی تکامل جهان به چالش می کشد. مشاهدات جدید تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا (JWST) نشان می‌دهد که این خوشه دارای غلظت غیرعادی متراکم ماده است که نشان می‌دهد برخی ساختارهای کیهانی ممکن است بسیار سریع‌تر از آنچه مدل‌های فعلی پیش‌بینی می‌کنند تکامل یافته باشند.
خوشه کهکشانی که به نام XLSSC 122 شناخته می شود، مورد توجه سه مطالعه اخیر قرار گرفته است که توسط محققان IPAC، مرکز داده ها و داده های اخترفیزیک و علوم سیاره ای Caltech انجام شده است. یافته‌های آنها نشان می‌دهد که XLSSC 122 دورترین خوشه کهکشانی است که عدسی‌های گرانشی قوی را نشان می‌دهد، پدیده‌ای که به ستاره‌شناسان اجازه می‌دهد تا جرم ماده نامرئی را اندازه‌گیری کنند. این تحقیق در یک کنفرانس مطبوعاتی در 17 ژوئن 2026 در خلال دویست و چهل و هشتمین نشست انجمن نجوم آمریکا ارائه شد.
XLSSC 122 که تقریباً در فاصله 10.4 میلیارد سال نوری از زمین قرار دارد، به دلیل بلوغ شگفت‌انگیزش برای ستاره‌شناسان متمایز بود. اگرچه در دوره‌ای وجود داشت که خوشه‌های کهکشانی هنوز در حال جمع‌آوری بودند، اما در حال حاضر اندازه و ساختار سازمان‌یافته‌ای را که معمولاً با خوشه‌ها در جهان مدرن مرتبط است، نشان می‌دهد.
وب یک ویژگی قابل توجه دیگر را فاش کرد. XLSSC 122 اتفاقاً مستقیماً در مقابل یک یا چند کهکشان قرار دارد که حتی دورتر هستند. گرانش قدرتمند این خوشه، نوری را که از این کهکشان‌های پس‌زمینه عبور می‌کند، خم می‌کند و منحرف می‌کند و اثری نادر به نام عدسی گرانشی قوی ایجاد می‌کند. این هم ترازی خوش شانس به دانشمندان راهی بسیار دقیق برای اندازه گیری نحوه توزیع جرم در خوشه داد.
کایل فینر، دانشمند IPAC و نویسنده اصلی اولین مقاله که این خوشه را بررسی می‌کند، می‌گوید: «وقتی اولین تصاویر را از JWST دریافت کردیم، گفتیم: «وای، به آن نگاه کنید، لنزهای قوی از این خوشه می‌آید!» XLSSC 122 در حال حاضر رکورد دورترین خوشه کهکشانی را به ثبت رسانده است که دارای عدسی قوی است که ابزاری ارزشمند برای اخترشناسان است.
خوشه کهکشانی باستانی پیش بینی های کیهانی را به چالش می کشد
عدسی های گرانشی تازه کشف شده به محققان این امکان را داده است که توزیع جرم در یک خوشه کهکشانی باستانی را با جزئیات بیشتر از همیشه مطالعه کنند. قدمت XLSSC 122 به دوره ای به نام “ظهر کیهانی” برمی گردد، تقریباً 10 میلیارد سال پیش، زمانی که جهان در حال تجربه شدیدترین دوران تشکیل ستاره بود.
در طول این مدت، کهکشان ها با سرعتی تا 100 برابر بیشتر از آنچه در جهان امروزی مشاهده می شود، ستاره تولید می کردند. خوشه‌های کهکشانی نیز با ترکیب شدن تدریجی سیستم‌های کوچک‌تر در ساختارهای بزرگ‌تر، رایج‌تر می‌شوند.
با این حال به نظر می رسد XLSSC 122 به روشی غیرمنتظره توسعه یافته است. اندازه گیری های جدید نشان می دهد که مقدار قابل توجهی از جرم آن در ناحیه مرکزی بسته بندی شده است. با توجه به مدل‌های استاندارد کیهان‌شناسی، رشد ساختارهای عظیم باید تدریجی‌تر می‌بود و باعث می‌شد که چنین خوشه‌ای متمرکز در این مرحله اولیه در تاریخ کیهانی شگفت‌انگیز باشد.
فینر گفت: «XLSSC 122 یکی از اولین خوشه‌هایی است که می‌دانیم در کیهان شکل گرفته است، و دارای غلظت جرمی است که با پیش‌بینی‌های مدل کیهانی ما سازگاری ندارد.»
برای بررسی بیشتر این راز، فینر و همکارانش دو مطالعه اضافی برای JWST انجام دادند که ابتدا توسط Zachary Scofield و Hyungjin Joo از دانشگاه Yonsei نوشته شد. این سه مقاله با هم تصویر بسیار کامل تری از این خوشه غیرمعمول ارائه می دهند و بینش جدیدی از شکل گیری خوشه های کهکشانی در ظهر کیهانی ارائه می دهند.
جیمز وب ماده تاریک پنهان را آشکار می کند
ستاره شناسان برای اولین بار XLSSC 122 را در سال 2014 از طریق بررسی اشعه ایکس که توسط فضاپیمای XMM-Newton آژانس فضایی اروپا انجام شد، شناسایی کردند. مشاهدات بعدی با تلسکوپ فضایی هابل به تعیین فاصله تقریباً 10.4 میلیارد سال نوری آن کمک کرد و تأیید کرد که به نظر می رسد این خوشه به طور غیرعادی برای سن خود توسعه یافته است.
با این حال، هابل شواهد روشنی از عدسی گرانشی قوی نشان نداد. زمانی که JWST کمان های منحنی متمایز نوری را که مرکز خوشه را احاطه کرده بود، تغییر داد و اولین نشانه های قطعی این پدیده را در XLSSC 122 ارائه کرد.
فینر گفت: «قبل از JWST، ما نمی‌توانستیم این سطح از علم را در جهان اولیه و دور انجام دهیم.
اعوجاج گرانشی عمدتاً به دلیل چیزی است که ستاره شناسان نمی توانند مستقیماً مشاهده کنند: ماده تاریک.
اگرچه XLSSC 122 حاوی ستارگان مرئی و گاز درخشان است، اما این اشکال شناخته شده ماده تنها بخش کوچکی از اثر عدسی گرانشی را تشکیل می دهند. بیشتر اعوجاج ناشی از ماده تاریک است، ماده ای نامرئی که مستقیماً توسط نور شناسایی نمی شود اما تأثیر گرانشی آن توسط شواهد نجومی گسترده پشتیبانی می شود.
دانشمندان تخمین می زنند که ماده تاریک تقریباً پنج برابر بیشتر از ماده معمولی است که ستاره ها، سیارات و همه چیز اطراف ما را تشکیل می دهد. گرانش آن به نگه داشتن کهکشان ها در کنار هم کمک می کند و شبکه گسترده ای از گروه ها، خوشه ها و رشته های کهکشانی جهان را شکل می دهد.
از آنجایی که ماده تاریک نقش مهمی در ساختار کیهانی ایفا می کند، تعیین چگونگی توزیع آن در میلیاردها سال پیش راهی قدرتمند برای آزمایش نظریه هایی است که تکامل جهان را از زمان انفجار بزرگ در حدود 13.8 میلیارد سال پیش نشان می دهد.
فینر گفت: “عدسی قوی راهی برای اندازه گیری ماده تاریک بدون دیدن واقعی آن است.” “این به ما یک کاوشگر حساس از مدل های کیهانی ما می دهد.”
یک نمای گسترده تر، یک خوشه کهکشانی در حال ادغام را نشان می دهد
محققان در مقاله دوم خود، XLSSC 122 را با استفاده از شکل دیگری از عدسی گرانشی، به نام عدسی ضعیف، مطالعه کردند.
عدسی های گرانشی قوی اعوجاج های آشکاری را ایجاد می کند، از جمله رنگین کمان های خیره کننده ای که توسط JWST گرفته شده است. در مقایسه با عدسی ضعیف، تغییرات بسیار کوچکتری در شکل ظاهری کهکشان های دور ایجاد می شود. شناسایی این اثرات ظریف به صورت جداگانه دشوار است، بنابراین ستاره شناسان برای تشخیص آنها به روش های آماری تکیه می کنند.
این دو تکنیک اطلاعات تکمیلی را ارائه می دهند. عدسی قوی به ویژه برای اندازه گیری جرم متمرکز در نزدیکی مرکز خوشه مفید است، در حالی که عدسی ضعیف می تواند چگونگی توزیع ماده در نواحی بیرونی را نشان دهد.
فینر گفت: “عدسی گرانشی ضعیف می تواند جرم را بسیار بیشتر به بیرون محدود کند، بنابراین می توانید تصویر بهتری از منطقه اطراف خوشه دریافت کنید.”
با ترکیب این اندازه‌گیری‌ها با مشاهدات پرتو ایکس و رادیویی از تلسکوپ‌های دیگر، دانشمندان دریافتند که XLSSC 122 هنوز در حال ادغام است. کهکشان‌های آن با تشکیل خوشه بزرگ‌تر به گرد هم می‌آیند.
تجزیه و تحلیل گسترده تر همچنین یافته قبلی را تقویت کرد که مقدار غیرعادی بزرگی از جرم در نزدیکی مرکز خوشه متمرکز شده است.
نور ستاره های باستانی سرنخ های جدیدی در مورد ماده تاریک ارائه می دهد
سومین و جدیدترین مقاله این تیم یکی دیگر از ویژگی های مهم XLSSC 122 را نشان داد: نور ضعیفی که توسط ستارگانی تولید می شود که دیگر با کهکشان های منفرد مرتبط نیستند.
این درخشش پراکنده که به عنوان نور درون خوشه ای شناخته می شود، از ستاره های پراکنده در فضاهای بین کهکشان ها می آید. مشاهدات وب نشان دهنده اولین کشف شناخته شده نور درون خوشه ای است که راه دیگری برای مطالعه تکامل خوشه های کهکشانی در جهان دور ارائه می دهد.
توزیع گسترده این نور از این نتیجه گیری پشتیبانی می کند که XLSSC 122 در حال ادغام است. با تعامل و برخورد کهکشان‌ها، برخی از ستاره‌ها از کهکشان‌های مادر خود دور می‌شوند و در خوشه پخش می‌شوند. در XLSSC 122، به نظر نمی رسد که بسیاری از این ستاره های جابجا شده در ناحیه مرکزی متراکم آن مستقر شده باشند.
محققان همچنین ارتباط جالبی بین این ستاره های سرگردان و ماده تاریک کشف کردند.
در نزدیکی مرکز خوشه، شکل نور درون خوشه ای دقیقاً با توزیع ماده تاریک استنباط شده توسط عدسی گرانشی قوی مطابقت دارد. این نشان می دهد که درخشش ضعیف ستارگان بین کهکشان ها می تواند به طور بالقوه به عنوان یک شاخص قابل مشاهده از محل متمرکز شدن ماده تاریک نامرئی عمل کند.
اگر اخترشناسان همین رابطه را در خوشه‌های دیگر، به‌ویژه خوشه‌های کیهان اولیه مشاهده کنند، نور درون خوشه‌ای می‌تواند به ابزار جدید ارزشمندی برای نقشه‌برداری ماده تاریک در تاریخ کیهانی تبدیل شود.
فینر گفت: در این خوشه، نور درون خوشه ای اساسا ماده تاریک را ردیابی می کند. این نور به ما می گوید که خوشه در حالت ادغام است.
آیا خوشه های کهکشانی باستانی بیشتر می توانند کیهان شناسی را به چالش بکشند؟
هدف بعدی فینر و همکارانش شناسایی و مطالعه ده ها خوشه کهکشانی اضافی از دوره های اولیه مشابه در تاریخ کیهان است.
یافتن این اشیاء دور نیاز به رویکردی متفاوت از مطالعه دقیق آنها دارد. اگرچه JWST بسیار قدرتمند است، اما میدان دید نسبتاً باریک آن، آن را برای مطالعه اهداف انتخابی مناسب‌تر از جستجوی مناطق وسیع آسمان می‌سازد.
در عوض، ستاره شناسان باید ابتدا نامزدهای امیدوارکننده را از طریق بررسی های پرتو ایکس و رادیویی در مقیاس بزرگ شناسایی کنند، مشابه مشاهداتی که در ابتدا XLSSC 122 را نشان داد.
یکی از تکنیک‌های امیدوارکننده بر اثر Sunyaev-Zeldovich متکی است، که زمانی رخ می‌دهد که ذرات پرانرژی درون خوشه‌های کهکشانی، تابش پس‌زمینه مایکروویو کیهانی را پراکنده می‌کنند، درخشش ضعیف پس از انفجار بزرگ.
این تعامل می تواند مناطق متمایزی را ایجاد کند که به صورت “سوراخ” در مشاهدات پس زمینه مایکروویو کیهانی ظاهر می شوند. با جستجوی این امضاها، ستاره شناسان می توانند خوشه های کهکشانی را پیدا کنند که در غیر این صورت تشخیص آنها دشوار بود.
یافتن اجسام بیشتری مانند XLSSC 122 می تواند پیامدهای مهمی برای کیهان شناسی داشته باشد. اگر سایر خوشه‌های باستانی نیز حاوی ماده تاریک متمرکز غیرمنتظره باشند و رشد غیرمعمول پیشرفته‌ای را نشان دهند، دانشمندان ممکن است مجبور شوند برخی از فرضیات اساسی خود را در مورد سرعت شکل‌گیری ساختارهای کیهانی بازنگری کنند.
در حال حاضر، XLSSC 122 آزمایش مهمی از مدل‌های موجود ارائه می‌کند، اما برای تعیین اینکه آیا ویژگی‌های غیرعادی آن نادر هستند یا بخشی از یک الگوی گسترده‌تر در جهان اولیه هستند، به نمونه بزرگ‌تری نیاز است.
فینر گفت: «هنوز در اوایل دوران JWST است، و اگر بتوانیم در این مرحله از جهان، داده‌های ده‌ها یا صدها مورد از این نوع اجرام را دریافت کنیم، می‌توانیم واقعاً مدل‌های کیهان‌شناسی خود را آزمایش کنیم.»
