چه زمانی نخستین پرتو نور در جهان منتشر شد؟

وبسایت بیگ بنگ - ریحانه نامداری: سرعت نور به ما ابزار اعجاب اندازی برای مطالعه جهان می دهد. زیرا نور تنها ۳۰۰ هزار کیلومتر بر ثانیه می پیماید. وقتی ما به مناظر دوردست کیهان نگاه می کنیم، در واقع به گذشته نگاه کرده ایم.


شما خورشید را همانطور که اکنون است نمی بینید، شما خورشید ۸ دقیقه پیش آن را می بینید. شما نور بتلگئوس در ۶۴۲ سال پیش را می بینید. نور کهکشان آندرومدای ۲٫۵ میلیون سال پیش و … در واقع شما می توانید این کار را ادامه دهید، هرچه دورتر بروید بیشتر در عمق زمان خواهید رفت. ساعت جهان را به عقب بازگردانید، درست در زمان آغاز، درست جایی که بسیار داغتر و چگال تر از امروزه بوده است. بسیار چگال، بطوریکه کل جهان در چشم به هم زدنی به یک سوپ پروتون، نوترون و الکترون، بدون هیچ چیزی که آنها را کنار هم نگه دارد تبدیل شد.

در واقع، همین که جهان کمی انبساط یافته و سرد شد، تمام آن صرفا به اندازه هسته یک ستاره همانند خورشید داغ و چگال بوده است. به اندازه کافی سرد برای یونیزه و فرم دادن اتم هیدروژن. از آنجایی که جهان وضعیتی همانند یک هسته ی ستاره را داشته است، دما و فشار کافی برای ترکیب هیدروژن با هلیوم و سایر عناصر سنگین تر فراهم گشته است. بر مبنای نسبت امروزه ی این عناصر در جهان که ۷۴% هیدروژن، ۲۵% هلیوم و ۱% از دیگر عناصر میباشد، ما میدانیم که کیهان چه مقدار در وضعیت "تمام جهان به مانند یک ستاره" بوده، این وضعیت حدود ۱۷ دقیقه به طول انجامیده؛ از ۳ دقیقه بعد از بیگ بنگ تا حدود ۲۰ دقیقه بعد از آن.

در مرکز خورشیدِ ما، این فوتون ها اتم به اتم جهش کرده و راه خود را به خارج از هسته، منطقه تابشی خورشید و نهایتا به فضا می یابند، این فرآیند میتواند ده ها هزار سال طول بکشد. اما در جهان اولیه هیچ جایی وجود نداشته است که این فوتون های اولیه ی به وجود آمده از پرتوی گاما بروند. در واقع همه جای جهان بسیار داغ و متراکم بوده است. جهان در حال گسترش بوده است و سرانجام، تنها چند هزار سال پس از بیگ بنگ، جهان نهایتا به اندازه کافی سرد شده بود و اتم های هیدروژن و هلیوم توانستند الکترون های آزاد را به خود جذب کنند و آنها را به اتم های خنثی تبدیل کنند.

این همان، زمان ِ اولین تابش پرتو نور در جهان بوده است، بین ۲۴۰ الی ۳۰۰ هزار سال بعد از بیگ بنگ که بعنوان عصر نو ترکیبی(Recombination) شناخته می شود. نخستین باری که فوتون ها توانستند برای لحظه ای استراحت کنند زمانی بود که بعنوان الکترون به اتم ها متصل شدند. در این نقطه، جهان از حالت کاملا مات به شفاف تغییر پیدا کرد. و این نخستین امکان مشاهده نور برای ستاره شناسان است که به تابش پس زمینه ی کیهانی معروف میباشد. از آنجایی که جهان از ۱۳٫۸ میلیارد سال پیش تا کنون در حال گسترش بوده، الکترون های اولیه از طیف فرابنفش و نور مرئی به سمت ریزموج ها(مایکروویو) و انتهای طیف کشیده شده و یا انتقال به سرخ داشته اند.

اگر شما چشم ماکروویو بین داشتید در تمام جهات جهان می توانستید تابش های اولین انفجار را ببینید، جهان وجودش را جشن گرفته است. پس از اولین انفجار نور، همه چیز تاریک بود، هیچ ستاره و کهکشانی وجود نداشت، فقط مقدار زیادی از عناصر اولیه بودند. در آغازِ این عصر تاریک، دمای جهان در حدود ۴ هزار کلوین بوده است.با دمای ۲٫۷ کلوین زمانِ حال مقایسه کنید. با پایان عصر تاریک، ۱۵۰ میلیون سال بعد، دما به درجه معقول ۶۰ کلوین رسیده بود.

در طول ۸۵۰ میلیون سال بعد، این عناصر با هم به ستاره های غول آسا از جنس هیدروژن و هلیوم تبدیل شدند. بدون عناصر سنگین تر، آنها آزاد بودند تا ستاره هایی با ده ها و یا حتی صدها برابر حجم خورشیدِ ما فرم دهند. اینها ستارگان جمعیت ۳، یا ستارگان اولیه هستند و ما تلسکوپ هایی به اندازه کافی قدرتمند برای دیدن شان نداریم. ستاره شناسان بطور غیرمستقیم برآورد کرده اند که آن ستارگان اولیه حدود ۵۶۰ میلیون سال شکل گرفته اند.

سپس، آن ستارگان اولیه برای اولین بار به عنوان ابرنواختر منفجر شدند، ستاره های بسیار حجیم تر شکل گرفتند و آنها نیز منفجر شدند. تصور کیهان در آن زمان که ستارگان مثل مراسم آتش بازی خاموش می شدند، بسیار مشکل است. اما ما می دانیم که این انفجارهای رایج و خشونت آمیز کل جهان را در دوره ای به نام باز یونیده روشن و پرنور ساخته است. در آن زمان بیشتر جهان به شکل یک پلاسمای داغ در آمده بود.

دانشمندان از تلسکوپ بسیار بزرگ رصدخانه جنوبی اروپا(ESO) برای بررسی جهان اولیه استفاده کرده اند. آنها این کار را در زمانهای مختلف در بازه ای که جهان از حالت شفاف به سمت نور ماوراء بنفش تبدیل می شده، انجام داده اند. این مرحله کوتاه اما چشمگیر در تاریخ کیهان - شناخته شده به عنوان عصر باز یونیده - حدود ۱۳ میلیارد سال پیش رخ داده است. جهان اولیه بسیار داغ و مهیب بوده و مقادیر کمی از عناصر سنگین که حیات کنونی ما به آن بستگی دارد وجود داشته است. برای لحظه ای به این فکر کنید. شما نمیتوانید در یک ستاره اکسیژن را بدون ترکیب و گداختگی با دیگر عناصر بدست آورید، حتی پس از گذشت چند نسل. منظومه خورشیدی ما نتیجه ی نسل های بسیار متعدد از ابرنواخترهای منفجر شده است که بذر سرزمین ما را با عناصر سنگین و سنگین تر کاشته شده است.

همانطور که پیشتر در این مقاله اشاره شد، جهان از دمای ۴ هزار کلوین به ۶۰ کلوین کاهش یافت. حدود ۱۰ میلیون سال پس از بیگ بنگ، دمای جهان ۱۰۰ کلوین بوده است، دمای نقطه ی جوش آب و پس از ۷ میلیون سال بعد، به درجه ۰ نقطه ی انجماد آب کاهش یافت. این مساله باعث شد تا ستاره شناسان به این نظریه برسند که حدود ۷ میلیون سال، آب به شکل مایع در سراسر جهان حضور داشته است. همه جا و هرجایی که روی زمین آب باشد، حیات هم هست.

پس شاید حیات اولیه زمانی شکل گرفته که جهان ۱۰ میلیون سال داشته است. فیزیکدان آوی لوئب این دوره را عصر قابل سکونت جهان می نامد. هیچ شاهدی بر این مساله وجود ندارد اما ایده ی جالبی برای اندیشیدن است. من همیشه از فکر کردن به اینکه مسئله که در تمام جهات، اولین نور ِ جهان وجود دارد حیرت زده می شوم. این نور برای رسیدن به ما ۱۳٫۸ میلیارد سال زمان لازم داشته و البته ما هم برای دیدنش باید چشم مایکروویو بین داشته باشیم. این نور همینجاست، در واقع همه جا هست.