تعداد کهکشان‌های گیتی چقدر است؟ آخرین یافته‌های کیهان‌شناسی و تصویر وب

کیهان‌شناسان بر اساس داده‌های تلسکوپ فضایی هابل معتقد بودند حدود دو تریلیون کهکشان در جهان قابل مشاهده وجود دارد. اما حالا مشخص شده که آن محاسبه اولیه چندان دقیق نبوده و تحلیل‌های جدیدتر از تصویربرداری‌های ژرف، عدد کاملاً متفاوتی را پیش روی ما گذاشته است. شاید تا حالا تصور می‌کردید کیهان بی‌انتها پر از جزییات بی‌شمار است، اما دانشمندان با بررسی‌های تازه تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) به حقایق تازه‌ای دست یافته‌اند که باورهای قبلی را به چالش می‌کشد.

در این مقاله می‌خواهیم ببینیم واقعاً چه تعداد کهکشان در گیتی وجود دارد و چرا تخمین‌های قبلی تا این حد با واقعیت فاصله داشتند؟ آیا با پیشرفت ابزارهای رصدی این عدد بیشتر می‌شود یا برعکس، کاهش پیدا می‌کند؟ با هم مرور می‌کنیم که کیهان‌شناسان چگونه با تحلیل نورهای کیهانی و محاسبات آماری جدید، به عدد دقیق‌تری برای شمارش کیهانی رسیده‌اند.

تاریخچه شمارش کهکشان‌ها و گام‌های نخستین

تا همین یک قرن پیش، تصور غالب بر این بود که تمام جهان هستی در همان کهکشان راه شیری خلاصه می‌شود. ادوین هابل (Edwin Hubble) در دهه ۱۹۲۰ میلادی با استفاده از تلسکوپ ۱۰۰ اینچی هوکر در رصدخانه ویلسون، ستاره‌های متغیر قیفاووسی را در سحابی آندرومدا کشف کرد. این کشف تاریخی ثابت کرد که آندرومدا بسیار دورتر از آن است که بخشی از راه شیری باشد و در واقع خود یک «جزیره جهانی» مستقل و مجزا است. این نقطه عطفی در تاریخ اخترشناسی بود که مرزهای کیهان را برای انسان میلیون‌ها برابر بزرگ‌تر کرد.

پس از این کشف، دانشمندان دریافتند که آسمان پر از ساختارهای مشابه است. در طول چند دهه بعد، ستاره‌شناسان با نقشه‌برداری از قسمت‌های مختلف آسمان تلاش کردند تعداد این ساختارها را تخمین بزنند. با این حال، محدودیت‌های جو زمین و کیفیت پایین آشکارسازهای نوری باعث می‌شد تا فقط کهکشان‌های نزدیک و بسیار درخشان قابل تشخیص باشند. برای رسیدن به یک آمار دقیق، نیاز به ابزاری بود که بالاتر از جو زمین قرار گیرد و بتواند بدون مزاحمت آلودگی نوری یا شکست‌های نوری اتمسفر، تاریک‌ترین نقاط جهان را نشانه رود.

انقلاب ژرف‌بین هابل و عدد دو تریلیون

در سال ۱۹۹۵، تلسکوپ فضایی هابل یکی از جسورانه‌ترین آزمایش‌های تاریخ علم را انجام داد. این تلسکوپ به مدت ۱۰ روز متوالی روی نقطه‌ای ظاهراً خالی و تاریک در صورت فلکی خرس بزرگ نشانه‌روی کرد. تصویر حاصل که «زمینه ژرف هابل» (Hubble Deep Field) نام گرفت، هزاران کهکشان کم‌نور و دوردست را نشان داد که هرگز دیده نشده بودند. این تصویر اثبات کرد که حتی تاریک‌ترین نقاط آسمان هم مملو از ساختارهای عظیم کهکشانی است که به دلیل فاصله زیاد، نوری بسیار ضعیف به ما می‌رسانند.

در سال ۲۰۱۶، تیمی از پژوهشگران با تحلیل داده‌های هابل و مدل‌سازی‌های رایانه‌ای، ادعا کردند که تعداد کهکشان‌ها در جهان قابل مشاهده به حدود دو تریلیون (۲,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰) می‌رسد. آن‌ها فرض کرده بودند که تعداد بی‌شماری کهکشان کوتوله و کم‌نور وجود دارد که فناوری فعلی توان شناسایی مستقیم آن‌ها را ندارد. این رقم حیرت‌انگیز خیلی سریع به یک حقیقت علمی محبوب در رسانه‌ها تبدیل شد و در اکثر کتاب‌ها و مقالات به عنوان عدد نهایی گیتی درج گردید.

چرا تخمین دو تریلیون کهکشان زیر سوال رفت؟

عدد دو تریلیون بر پایه فرضیات ریاضی بنا شده بود، نه مشاهده مستقیم. کیهان‌شناسان فرض کرده بودند که با حرکت به سمت کهکشان‌های کوچک‌تر، تعداد آن‌ها به صورت نمایی افزایش می‌یابد. اما محاسبات بعدی نشان داد که این فرض ممکن است با واقعیت‌های فیزیکی کیهان همخوانی نداشته باشد. اگر این تعداد کهکشان وجود داشت، میزان نور زمینه کیهانی باید بسیار بیشتر از مقداری می‌بود که ابزارهای ما اندازه‌گیری می‌کردند.

بازنگری‌های جدید در داده‌ها نشان داد که فراوانی کهکشان‌های کم‌نور حد مشخصی دارد و تا بی‌نهایت ادامه پیدا نمی‌کند. در واقع، جرم و انرژی موجود در کیهان اولیه اجازه‌ تشکیل چنین تعداد عظیمی از کهکشان‌های کوچک را نداده است. بنابراین دانشمندان متوجه شدند که باید در آمارهای قبلی تجدیدنظر کرده و روش‌های مطمئن‌تری برای سنجش تابش خروجی از کل کیهان پیدا کنند.

نقش ماموریت نیوهورایزنز در سنجش نور زمینه کیهان

فضاپیمای نیوهورایزنز (New Horizons) که پس از ملاقات با پلوتو به اعماق کمربند کویپر رفته بود، فرصتی بی‌نظیر برای سنجش تاریکی واقعی کیهان فراهم کرد. این کاوشگر از غبار بین سیاره‌ای منظومه شمسی که باعث بازتاب نور خورشید می‌شود، فاصله زیادی گرفته بود. اخترشناسان با استفاده از دوربین‌های دقیق این فضاپیما، میزان نور زمینه کیهانی (Diffuse Optical Background) را در اعماق تاریک منظومه شمسی اندازه‌گیری کردند تا ببینند چه مقدار نور ناشناخته در تاریکی آسمان شناور است.

ورود جیمز وب و تحول در مشاهده کهکشان‌های اولیه

پرتاب تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) در انتهای سال ۲۰۲۱، فصلی تازه در اخترشناسی گشود. وب با بهره‌گیری از آینه‌ای بسیار بزرگ‌تر و آشکارسازهای فروسرخ (Infrared)، توانست به اعماق زمانی کیهان نفوذ کند و نوری را ببیند که به دلیل انبساط جهان، طول موج آن کش آمده است. مشاهدات جیمز وب نشان داد که کهکشان‌های اولیه بسیار زودتر، روشن‌تر و ساختاریافته‌تر از آن چیزی شکل گرفته‌اند که مدل‌های قبلی پیش‌بینی می‌کردند.

جهان قابل مشاهده در برابر کل کیهان ناشناخته

وقتی از تعداد کهکشان‌ها صحبت می‌کنیم، باید تمایز دقیقی بین «جهان قابل مشاهده» (Observable Universe) و «کل کیهان» قائل شویم. جهان قابل مشاهده گویی حباب کروی به شعاع حدود ۴۶.۵ میلیارد سال نوری است که نور ساطع شده از اجرام آن در طول ۱۳.۸ میلیارد سال گذشته فرصت داشته به ما برسد. بر اساس آخرین داده‌های ترکیبی، تعداد کهکشان‌ها در این حباب حدود صد تا دویست میلیارد تخمین زده می‌شود، نه دو تریلیون.

اما کل کیهان می‌تواند بسیار بزرگ‌تر یا حتی نامتناهی باشد. نظریه تورم کیهانی (Cosmic Inflation) پیشنهاد می‌کند که کیهان در نخستین لحظات پس از بیگ‌بنگ با سرعتی فراتر از نور منبسط شده است. اگر این نظریه درست باشد، بخش عمده‌ای از کیهان فراتر از افق دید ما قرار دارد و نور آن‌ها هرگز به زمین نخواهد رسید. بنابراین، تعداد کل کهکشان‌های موجود در پهنه بی‌کران گیتی ممکن است نامحدود باشد.

روش‌های مدرن کیهان‌شناسی برای تخمین جرم و تعداد

اخترشناسان امروزه از ترکیب روش‌های مختلف برای تخمین دقیق جمعیت کهکشان‌ها استفاده می‌کنند. یکی از این روش‌ها، بررسی لنزهای زناشویی یا همان همگرایی زناشویی گرانشی (Gravitational Lensing) است که در آن، جرم عظیم یک خوشه کهکشانی مانند یک عدسی عمل کرده و نور کهکشان‌های بسیار دورتر و کم‌نورتر پشت سر خود را بزرگ‌نمایی می‌کند. این پدیده به ما اجازه می‌دهد تا کهکشان‌هایی را ببینیم که در شرایط عادی مطلقاً غیرقابل کشف بودند و آمار دقیق‌تری از جرم موجود در کیهان به دست آوریم.

ماده تاریک و نقش آن در شکل‌گیری ساختارهای کهکشانی

ماده تاریک (Dark Matter) عنصر کلیدی در درک تعداد و توزیع کهکشان‌ها است. این ماده نادیدنی که حدود ۸۵ درصد از کل ماده گیتی را تشکیل می‌دهد، به عنوان اسکلت گرانشی کیهان عمل می‌کند. گازهای معمولی در چاه‌های گرانشی ماده تاریک تجمع یافته و ستاره‌ها و کهکشان‌ها را می‌سازند. بدون وجود هاله‌های ماده تاریک، ماده معمولی توانایی رمبش و تشکیل چنین ساختارهایی را نداشت و تعداد کهکشان‌های موجود بسیار کمتر از میزان فعلی بود.

پارادوکس اولبرس و چرا آسمان شب تاریک است؟

اگر تعداد بی‌شماری ستاره و کهکشان در جهان وجود دارد، چرا آسمان شب سیاه است و در اثر نور آن‌ها مانند روز روشن نمی‌شود؟ این پرسش به «پارادوکس اولبرس» (Olbers’ Paradox) معروف است. پاسخ این معما در دو حقیقت بنیادی کیهان نهفته است: اول اینکه جهان سنی محدود (حدود ۱۳.۸ میلیارد سال) دارد و نور اجرام خیلی دور هنوز به ما نرسیده است، و دوم اینکه کیهان در حال انبساط است.

انبساط جهان باعث می‌شود نور ساطع شده از کهکشان‌های دوردست دچار سرخ‌گرایی (Redshift) شدید شود. این پدیده انرژی فوتون‌ها را کاهش داده و طول موج آن‌ها را از محدوده مرئی به محدوده فروسرخ و مایکروویو منتقل می‌کند. در نتیجه، چشم انسان نمی‌تواند این نور زمینه را ببیند و آسمان شب تاریک به نظر می‌رسد، اگرچه در واقعیت، گیتی مالامال از تابش‌های الکترومغناطیسی ضعیف است.

کهکشان‌های کوتوله و کم‌نور؛ جمیعت پنهان گیتی

بخش اعظم کهکشان‌های کیهان از نوع غول‌پیکر مانند راه شیری یا آندرومدا نیستند، بلکه کهکشان‌های کوتوله (Dwarf Galaxies) هستند که تنها چند میلیون تا چند میلیارد ستاره دارند. کهکشان راه شیری خود توسط ده‌ها کهکشان کوتوله کوچک‌تر مانند ابرهای ماژلانی محاصره شده است. به دلیل درخشش بسیار کم، شناسایی این کهکشان‌ها در فواصل دور فوق‌العاده دشوار است و بخش عمده‌ای از عدم قطعیت در آمار کل کیهان به همین اجرام مربوط می‌شود.

آینده کیهان‌شناسی و تلسکوپ‌های نسل بعدی

برای حل نهایی معماهای مربوط به تعداد و توزیع کهکشان‌ها، پروژه‌های رصدی عظیمی در حال اجرا هستند. تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن (Nancy Grace Roman Space Telescope) که به زودی پرتاب خواهد شد، دیدی بسیار گسترده‌تر از هابل خواهد داشت و نقشه‌ای بی‌نظیر از میلیاردها کهکشان تهیه می‌کند. همچنین رصدخانه زمینی ورا روبین (Vera C. Rubin Observatory) در شیلی، تصویربرداری مداوم از کل آسمان شب را آغاز کرده است.

این ابزارهای پیشرفته نه تنها تعداد کهکشان‌ها را با دقتی بی‌سابقه شمارش خواهند کرد، بلکه نحوه تحول آن‌ها را در طول زمان کیهانی مشخص می‌کنند. با ترکیب داده‌های این تلسکوپ‌ها با ابررایانه‌های شبیه‌ساز کیهانی، ما به درک بسیار دقیق‌تری از نحوه تبدیل نوسانات کوانتومی اولیه پس از بیگ‌بنگ به شبکه عظیم کیهانی امروزی دست خواهیم یافت.

معنای این اعداد برای جایگاه انسان در گیتی

دانستن اینکه جهان قابل مشاهده حدود ۱۰۰ تا ۲۰۰ میلیارد کهکشان دارد که هر کدام صدها میلیارد ستاره و احتمالاً تریلیون‌ها سیاره را در خود جای داده‌اند، دیدگاه ما را نسبت به هستی تغییر می‌دهد. حتی با کاهش تخمین از دو تریلیون به ۱۰۰ میلیارد، باز هم مقیاس کیهان فراتر از درک ذهنی انسان باقی می‌ماند. این آمار نشان می‌دهد که زمین تنها ذره‌ای کوچک در اقیانوسی بی‌کران از ساختارهای کیهانی است و احتمال وجود حیات در نقاط دیگر منظومه‌ها اصلاً دور از ذهن نیست.

جمع‌بندی نهایی

تعداد کهکشان‌های گیتی از تخمین‌های دو تریلیونی قبلی به عددی واقع‌بینانه‌تر، یعنی بین ۱۰۰ تا ۲۰۰ میلیارد کهکشان در جهان قابل مشاهده تعدیل شده است. تجدیدنظر در داده‌ها با کمک فضاپیمای نیوهورایزنز و مشاهدات ساختارشکن تلسکوپ جیمز وب نشان داد که تعداد کهکشان‌های کم‌نور حد مشخصی دارد. کیهان ما اگرچه محدوده‌ای قابل مشاهده با ابعاد مشخص دارد، اما فراتر از افق دید ما می‌تواند نامتناهی باشد. این تحولات علمی به ما یادآوری می‌کند که دانش بشر درباره کیهان همواره در حال پوست‌اندازی و تکامل است.

مطالب مرتبط

کشف‌های جدید تلسکوپ جیمز وِب در مرزهای کهکشان ما

کهکشان ما ممکن است بخشی از ساختاری بسیار بزرگ‌تر باشد که مدل‌های کیهان‌شناسی را به چالش می‌کشد

تعداد اسپرم مردان نابارور در سرتاسر جهان در حال کاهش روزافزونی است! در ۴۰ سال گذشته تعداد اسپرم…

تلسکوپ جیمز وب کهکشان دوقلوی راه شیری را پیدا کرده که البته میلیاردها سال جوان‌تر از کهکشان ما…

کهکشان راه شیری احتمالا مملو از تمدن‌هایی مرده و انقراض یافته است

بازگشت به وبِ آرام؛ چرا جهان دوباره به محتوای بلند نیاز دارد؟