بقایای اولین ستارگان جهان سرانجام در ابرهای گازی دوردست دیده شدند
ابرهای گازی که در کیهان اولیه حرکت میکردهاند، به اخترشناسان نگاهی اجمالی به آنچه از اولین ستارگانی گیتی باقی مانده، دادهاند.
خود ستارهها مدتهاست که از بین رفتهاند، آنها مدتهاست که در انفجار باشکوه ابرنواختری سوختهاند. با این حال، موادی که آنها در آن انفجارها به جا گذاشته بودند، یعنی محصولات همجوشی اتمی را که در هسته آنها رخ داده است، میتواند هنوز آشکار شود.
آندریا ساکاردی، یک ستارهشناس از رصدخانه پاریس، می گوید: «برای اولین بار توانستیم آثار شیمیایی انفجار اولین ستارهها را در ابرهای گازی بسیار دور شناسایی کنیم.»
بر اساس دانش کیهان شناسی کنونی، زمانی در تاریخ کیهان وجود داشت که همه چیز تاریکی بود. کیهان – که در آن زمان بسیار کوچکتر بود، حدود 13.8 میلیارد سال پیش – مملو از مه داغ و تیره ی از گاز یونیزه شده بود که مانع از عبور نور در جهان میشد. هر فوتونی به سادگی الکترونهای آزاد را پراکنده می کرد.
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 کهکشان ها متولد شدند و تابش فرابنفش آنها هیدروژن خنثی را دوباره یونیزه کرد و نور توانست آزادانه در سراسر طیف الکترومغناطیسی جریان یابد.
ما فکر میکنیم که این اولین ستارهها 13.7 تا 13.5 میلیارد سال پیش آمدند، اما ما هرگز چنین ستارهای را ندیدهایم. ما آنها را ستارگان جمعیت III می نامیم و احتمالاً با ستارگانی که امروز در اطراف خود می بینیم بسیار متفاوت بودهاند.
آنها میتوانستهاند عظیم 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 هیدروژنی و هلیویم بودند، زیرا این تمام چیزی است که در زمان تولد آنها در کیهان وجود داشت همین بود (به علاوه حداقل آثار لیتیوم، سومین عنصر سبک).
اما این کارخانههای هستهای در هستههای خود، اتمهای این عناصر را برای ایجاد اتمهای سنگینتر مانند کربن، اکسیژن و منیزیم ترکیب میکردند و پس از انفجار ستاره، این عناصر در فضا پخش شدند.
از آنجایی که ستارگان مدتهاست که از بین رفتهاند، در حال حاضر نمیتوانیم به طور مستقیم 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 می توان به طور غیرمستقیم با شناسایی عناصر شیمیایی که پس از مرگ در محیط خود پراکنده کردند، مورد مطالعه قرار داد.»
ساکاردی و همکارانش برای جستوجوی 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 نور در فضا حرکت می کند، گاهی اوقات از میان ابرهای مواد عبور می کند. این امر میتواند نور را کمی تغییر دهد و برخی از قسمتهای طیف را روشنتر یا کم نورتر کند زیرا طول موجها توسط عناصر موجود در ابرها جذب میشوند یا بازتاب مییابند.
دانشمندان می توانند این امضاها را در یک طیف به دقت مطالعه کرده و آنها را به عناصر خاصی مرتبط کنند. محققان مشاهداتی از 54 ابر مواد را جمعآوری کردند و به دنبال ردپایی از عناصری بودند که احتمالاً توسط ستارههای جمعیت III در فضا پراکنده میشوند مانندسطح پایینی از عناصر سنگین مانند آهن.
آنها امضایی را که در جستجوی آن بودند در سه ابر یافتند که مربوط به 1 تا 2 میلیارد سال اول یا بیشتر پس از انفجار بزرگ است.
این سه ابر دارای فراوانی کربن و اکسیژن با نسبت منیزیم و سیلیکون به آهنی که با ستارگان باستانی نزدیک 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.
این تحقیق در مجله Astrophysical منتشر شده.
مطالب مرتبط
