بقایای اولین ستارگان جهان سرانجام در ابرهای گازی دوردست دیده شدند!!

برداشت هنری از اتمها در فضا. (ESO/L. Calçada، M. Kornmesser)

ابرهای گازی که در کیهان اولیه حرکت می‌کنند، به اخترشناسان نگاهی اجمالی از اولین ستارگانی داده است که تا کنون به دنیا آمده‌اند.

نه خود ستاره ها؛ آن‌ها مدت‌هاست که از بین رفته‌اند، قبل از انفجار در شعله‌ای از شکوه ابرنواختر می‌سوزند که ابزارهای ما آن‌قدر دور هستند که نمی‌توانند آنها را رویت کنند. با این حال، موادی که آنها در آن انفجارها به جا می گذارند، محصولات همجوشی اتمی را آشکار می‌کند که در هسته آنها رخ داده است.

آندریا ساکاردی، ستاره‌شناس رصدخانه پاریس، می‌گوید: «برای اولین بار توانستیم آثار شیمیایی انفجار اولین ستاره‌ها را در ابرهای گازی بسیار دور شناسایی کنیم.»

براساس کیهان‌شناسی پذیرفته شده فعلی ما، زمانی در تاریخ کیهان وجود داشت که همه چیز تاریک و تاریک بود. کیهان – که در آن زمان بسیار کوچکتر بود، حدود 13.8 بیلیون سال پیش – مملو از مه داغ و تیره‌ای از گاز یونیزه شده بود که مانع از عبور نور در جهان می‌شد. هر فوتونی به سادگی الکترون‌های آزاد را پراکنده می‌کرد.

هنگامی که جهان به اندازه کافی سرد شد، پروتون‌ها و الکترون‌ها دوباره به هلیوم و هیدروژن خنثی تبدیل شدند. تا زمانی که اولین ستارگان و کهکشان‌ها متولد شدند و تابش فرابنفش آنها هیدروژن خنثی را دوباره یونیزه کرد، نور توانست آزادانه در سراسر طیف الکترومغناطیسی جریان یابد.

ما فکر می‌کنیم که این اولین ستاره‌ها 13.7 تا 13.5 بیلیون سال پیش بوجود آمدند، اما ما هرگز چنین ستاره‌ای را ندیده‌ایم. ما آنها را ستارگان جمعیت III می‌نامیم و احتمالاً با ستارگانی که امروز در اطراف خود می بینیم بسیار متفاوت بودند.

آنها می‌توانستند پرجرم باشند، به این معنی که به سرعت می‌سوختند و به انفجارهای ابرنواختری ختم می‌شدند که محتویات آنها را به فضا پرتاب می‌کرد تا در نسل بعدی شکل‌گیری ستاره‌ها گرفته شود.

اما تولید عناصر سنگین نیاز به ستاره دارد. ستارگان جمعیت III عمدتاً هیدروژن و هلیوم بودند، زیرا این تمام چیزی است که در زمان تولد آنها در کیهان وجود داشت (به علاوه حداقل آثار لیتیوم، سومین عنصر سبک).

اما کارخانه‌های هسته‌ای در هسته‌های خود، اتم‌های این عناصر را برای ایجاد اتم‌های سنگین‌تر مانند کربن، اکسیژن و منیزیم ترکیب کردند. پس از انفجار ستاره، این عناصر در فضا پخش شدند.

از آنجایی که ستارگان مدت‌هاست که از بین رفته‌اند، در حال حاضر نمی‌توانیم مستقیماً آنها را مطالعه کنیم، اگرچه ستاره‌شناسان امیدوارند که روزی بتوانیم این کار را انجام دهیم. با این حال، این بدان معنا نیست که تمام آثار آنها از بین رفته است.

استفانیا سالوادوری، اخترفیزیکدان و کیهان شناس از دانشگاه فلورانس در ایتالیا می‌گوید: «ستارگان اولیه را می‌توان به طور غیرمستقیم با شناسایی عناصر شیمیایی مورد مطالعه قرار داد که پس از مرگ در محیط خود پراکنده کردند،.

ساکاردی و همکارانش برای جست‌وجوی بقایای ستارگان اولیه از ابزار X-shooter در تلسکوپ بسیار بزرگ رصدخانه جنوبی اروپا برای تجزیه و تحلیل نور کهکشان‌های بسیار درخشان و دور به نام اختروش استفاده کردند.

همانطور که این نور در فضا حرکت می‌کند، گاهی اوقات از میان ابرهای مواد عبور می‌کند که می‌تواند نور را کمی تغییر دهد و برخی از قسمتهای طیف را روشنتر یا کم‌نورتر کند زیرا طول موج‌ها توسط عناصر موجود در ابرها جذب و بازتاب می‌شوند.

دانشمندان می‌توانند این امضاها را در یک طیف به دقت مطالعه کرده و آنها را به عناصر خاصی مرتبط کنند. محققان مشاهداتی از 54 ابر از این قبیل مواد را جمع‌آوری کردند و به دنبال ردپایی از عناصری بودند که احتمالاً توسط ستاره‌های جمعیت III ، همراه با سطح پایینی از عناصر سنگین‌تر مانند آهن در فضا پراکنده می‌شوند.

آنها امضایی را که در جستجوی آن بودند در سه ابر یافتند که مربوط به 1 تا 2 بیلیون سال اول یا بیشتر پس از انفجار بزرگ است.

این سه ابر دارای فراوانی کربن و اکسیژن با نسبت منیزیم و سیلیکون به آهن بودند که با ستارگان باستانی نزدیک با محتوای عناصر سنگین بسیار کمی مطابقت داشت.

علاوه بر این، فراوانی منیزیم و سیلیکون با ابرنواخترهای کم انرژی مورد انتظار از ستارگان اولیه سازگار است.

نتایج نشان می‌دهد که اگرچه هنوز ستاره‌های جمعیت III را در طبیعت مشاهده نکرده‌ایم، اما امکان یافتن بقایای آنها وجود دارد. و با ابزارهای به اندازه کافی قدرتمند، می‌توانیم این ردپاها را بررسی کنیم تا در مورد تکامل ماده در کیهان اطلاعات بیشتری کسب کنیم، زیرا ستاره‌ها در طول زمان فراوانی عناصر اطراف ما را تغییر می‌دهند.

سالوادوری می‌گوید: «کشف ما راه‌های جدیدی را برای مطالعه غیرمستقیم ماهیت اولین ستارگان باز می‌کند و به طور کامل مطالعات ستاره‌های کهکشان ما را تکمیل می‌کند.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

The Remains of The Universe’s First Stars Finally Seen in Distant Gas Clouds

By MICHELLE STARR 04 May 2023

https://www.sciencealert.com/the-remains-of-the-universes-first-stars-finally-seen-in-distant-gas-clouds