دنبال کردن «کیهان مقدس»: محققان به احتمال زیاد اولین ستارگان عالم را شناسایی کردهاند
خوشهای از ستارگان با نام LAP1-B که تقریباً ۸۰۰ میلیون سال پس از آغاز پیدایش جهان به وجود آمده، بهعنوان نخستین نمونهای شناخته شده است که با ویژگیهای مشخصه پیشبینیشده برای ستارگان اولیه یا نسل نخستین همخوانی دارد.
به زبان ساده، ستارگان درون این خوشه از موادی تشکیل شدهاند که بهطور مستقیم از انفجار بزرگ (بیگ بنگ) شکل گرفتهاند و نه از بقایای ستارگان قبلی. با وجود چالشهای فراوان در تأیید چنین ادعایی دربارهٔ سیستمی که فاصلهاش بسیار زیاد است، محققان در یک مطالعه اخیر اعلام کردهاند که سه آزمایش کلیدی وجود دارد که میتوان از طریق آنها مجموعههای ستارگان اولیه را شناسایی کرد و خوشبختانه LAP1-B موفق به پاس کردن این سه آزمایش شده است.
ستارگان امروزی متشکل از بقایای نسلهایی از ستارگان قدیمیتر هستند که با مرگ خود، عناصر سنگینتری نسبت به هلیوم تولید و در فضا گسترش دادهاند. این چرخه حداقل دو بار در تاریخ کهکشان تکرار شده است.
در ردهبندی نجومی، خورشید در属 جمعیت یک قرار میگیرد، در حالی که ستارگان پیشین که عناصر بنیادین مانند آهن، کربن و اکسیژن را به وجود آوردند، تحت نام جمعیت دو قرار دارند. اما هیچیک از این دو، نسل نخست نمیباشند؛ زیرا هر دو از بقایای ستارگانی از نسل افسانهای جمعیت سه نشأت گرفتهاند، ستارگانی که پیدا کردن آنها برای اخترشناسان شبیه به کشف جام مقدس است. بهعلاوه، اکنون بهنظر میرسد LAP1-B ممکن است مکانی باشد که در نهایت بتوان این ستارگان افسانهای را شناسایی کرد.
LAP1-B اولین خوشه ستارهای است که ویژگیهای پیشبینیشده برای ستارگان نسل نخستین را بهدست آورده است.
ستارگان جمعیت سه فقط از هیدروژن و هلیوم موجود در بیگ بنگ تشکیل یافته و در طول عمرشان، عناصر سنگینتری را میسازند. وجود همین عناصر سنگین معمولاً از رشد بیش از حد ستارگان جلوگیری میکند؛ بنابراین در غیاب آنها، بیشتر ستارگان از جمعیت سه بسیار بزرگ و غولپیکر بودند.
بهطور کلی، هرچه جرم یک ستاره بیشتر باشد، به طبع سوختش نیز سریعتر مصرف میشود و عمر آن کوتاهتر است. از این رو، اگر هنوز در دنیای امروز یک ستاره از جمعیت سه وجود داشته باشد، این امر بهعنوان یک پدیده استثنایی شمرده میشود؛ حتی اگر گاهی شواهدی از وجود چنین ستارگانی مشاهده شود. برای دستیابی به یک مجموعه واقعی از ستارگان جمعیت سه، باید به اندازه کافی به گذشته کیهان سفر کرد تا حتی بزرگترین ستارگان هنوز فرصتی برای خاموش شدن نیافته باشند.
توصیف فوق دقیقاً یکی از اهداف اصلی تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) به حساب میآید، اما این تلسکوپ به تنهایی نمیتواند چنین هدفی را محقق کند. ستارگان جمعیت سه به قدری از ما دور هستند که تنها در صورت عبور نور آنها از طریق یک عدسی گرانشی و بزرگنمایی، میتوان مشخصاتشان را با وضوح کافی مشاهده کرد.
دو سال پیش، مجموعهای از ستارگان با نام LAP1 (مخفف Lensed and Pristine 1) بر مبنای تصاویر تلسکوپ جیمز وب معرفی و بهعنوان مجموعهای نزدیک به ستارگان جمعیت III توصیف شد. اما سؤال کلیدی هنوز بیپاسخ مانده: آیا واقعاً به ستارگان جمعیت سه رسیدهایم، یا هنوز در جستجوی آنها هستیم؟
تحقیقات جدید که در مرحله بررسی همتا قرار دارد، بخشی از این مجموعه با نام LAP1-B را بهعنوان نمونهای از خوشهای باستانی و به شدت بزرگنمایی شده معرفی میکند و آن را بهعنوان «اولین کهکشان ستارهزا از نظر ترکیب شیمیایی شناخته شده در جهان» لقب میدهد. این محیط همانی است که انتظار میرود ستارگان جمعیت سه در آن شکل بگیرید. با این حال، اینکه LAP1-B قادر به داشتن ستارگان جمعیت سه باشد بهخودیخود به این معنی نیست که چنین ستارگانی واقعاً در آن وجود دارد.
LAP1-B ابتداییترین کهکشان ستارهزا از نظر ترکیب شیمیایی شناختهشده در جهان است.
از آنجایی که هسته کهکشانها بهطور غیرمعمولی سریعتر از مناطق اطرافشان تکامل پیدا میکند، اخترشناسان پیشبینی میکنند که خوشههای ستارگان جمعیت سه در هالههای کهکشانهای نزدیکتر وجود دارند؛ مناطقی که بررسی آنها سادهتر است.
به گفتهٔ دکتر الی ویسبال و رایان هزلت از دانشگاه تولدو و پروفسور گرگ برایان از دانشگاه کلمبیا، نویسندگان این مطالعهٔ جدید، کهکشانهایی که هنوز ستارگان جمعیت سه را در خود نگه داشتهاند باید سه ویژگی مشخص و قابل شناسایی داشته باشند:
- ۱. هالههایی تقریباً فاقد فلز با دماهای بین ۱۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰ درجه کلوین
- ۲. ستارگانی با جرمهایی در محدوده ۱۰ تا ۱۰۰۰ برابر جرم خورشید
- ۳. خوشههایی با مجموع جرم چند هزار برابر جرم خورشید
محققان بر این باورند که LAP1-B تمامی این ویژگیها را داراست و خاطرنشان میکنند که «پیشتر نیز ادعاهایی دربارهٔ کشف کهکشانهای کلاسیک جمعیت سه مطرح شده بود»، اما در آن موارد، خوشهها به شدت پرجرمتر از حد متصور بوده و با معیار سوم مطابقت نداشتهاند.
با این حال، خوشه LAP1-B بهطور کامل عاری از عناصر سنگینتر (به تعبیر اخترشناسان «فلزات») نیست. مقدار کمی اکسیژن در این کهکشان شناسایی شده، اما محققان بر این باورند که میزان آن بهگونهای است که تنها یکی از دهها ستاره میتواند به ابرنواختر تبدیل شده و مواد حاصل از انفجار را در سراسر خوشه توزیع کرده باشد.
از سوی دیگر، اگر ستارگان موجود در LAP1-B با سرعت بالایی در حال چرخش باشند، ممکن است بخشی از اکسیژن شناساییشده از فعالیتهای خودشان نشأت گرفته باشد. در این سناریو، تنها هفت ستاره با جرم ۳۰ برابر خورشید یا سه ستاره با جرم ۱۵۰ برابر خورشید برای تولید مقدار اکسیژن مشاهدهشده کافی خواهند بود. اگر چنین باشد، LAP1-B واقعاً میتواند یک کهکشان کاملاً بکر و مبتنی بر نسل اول ستارگان کیهان باشد.
نتایج این تحقیق بهصورت دسترسی آزاد در مجلهٔ علمی The Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.
