تلسکوپ جیمز وب عنصر کربن را در زمانی کشف کرده است که نباید وجود داشته باشد

در زمان نوزادی جهان، اتفاق شیمیایی قابل توجهی رخ نداده است. تنها هیدروژن و مقداری هلیوم و ردپایی از دیگر عناصر در جهان وجود داشتند و تا زمان شکل‌گیری، حیات و مرگ ستاره‌ها، اثری از عنصرهای سنگین‌تر نبود.

به گزارش ساینس‌‌آلرت، گروهی از دانشمندان با تلسکوپ فضایی جیمز وب و چشم دوختن به جهان دوردست، مقادیر زیادی غبار کربنی را در فاصله‌ی کمتر از یک میلیارد سال پس از بیگ‌بنگ کشف کردند. این کشف نشان می‌دهد در شرایط آشفته‌ی آغاز جهان، فرآیند تولید کربن در جریان بوده است. احتمالا این کربن، حاصل ستاره‌های کلان‌جرم است که با مرگ خود این عنصر را در فضا پخش کرده‌اند.

به نوشته‌ی گروه پژوهشگرها به رهبری جوریس ویتستاک، کیهان‌شناس دانشگاه کمبریج بریتانیا، کشف غبار کربنی با سرخ‌گرایی ۴ الی ۷، محدودیت‌های ویژه‌ای را بر مدل‌ها و سناریوهای تولید غبار در جهان آغازین اعمال می‌کند.

یک میلیارد سال پس از بیگ‌بنگ که اصطلاحا طلوع کیهانی نامیده می‌شود، در تاریخ ۱۳٫۸ میلیارد‌ساله‌ی جهان، نقطه‌ای حیاتی است. در ابتدا اتم‌ها شکل گرفتند؛ سپس با شکل‌گیری ستاره‌های آغازین، اولین نورها در تاریکی درخشیدند؛ اما مدتی طول کشید تا ستاره‌ها عناصر سنگین‌تر از هیدروژن و هلیوم را تولید کنند.

در هسته‌ی داغ مرکز ستاره‌ها، اتم‌ها با یکدیگر برخورد می‌کنند و در فرآیندی موسوم به هم‌نهشت هسته‌ای ستاره‌ای، عنصرهای سنگین‌تر به وجود می‌آیند؛ اما این عنصرهای سنگین‌تر تا پایان مرگ ستاره در آن باقی می‌مانند و پس از مرگ آن‌ها در فضا پخش می‌شوند. معمولا این فرآیند زمان‌بر است.

ویتستاک و همکاران او از تلسکوپ جیمز وب برای بررسی غبار در زمان طلوع کیهانی استفاده کردند، اما در کمال شگفتی به یافته‌ای غیرمنتظره رسیدند. آن‌ها شاخصه‌‌ای قوی از غبار غنی از کربن را در طیف جذب نوری خود رصد کردند که مربوط به کهکشان‌هایی آغازین در فاصله‌ی ۸۰۰ میلیون سال پس از بیگ‌بنگ است.

بر اساس تصورات پیشین، شکل‌گیری ذرات غبار صدها میلیون سال به طول می‌انجامد و ویژگی کهکشان‌های یادشده برای شکل‌گیری غبار بسیار جوان هستند؛ اما حل این مسئله غیرممکن نیست.

اولین ستاره‌های جهان بسیار سنگین‌تر از ستاره‌های جوانی بودند که امروز در اطراف خود می‌بینیم. ازآنجاکه ستاره‌های کلان‌جرم‌تر، ذخایر سوختی خود را به‌سرعت می‌سوزانند، طول عمر نسبتا کوتاهی دارند و زندگی‌شان در انفجار ابرنواختر به پایان می‌رسد که عامل گسترش عناصر سنگین‌تر است.

همچنین امروزه ستاره‌هایی وجود دارند که کارخانه‌های مطلق غبار به شمار می‌روند. به این ستاره‌های کلان‌جرم، ولف رایه گفته می‌شود و عمرشان در انفجار ابرنواختر به پایان می‌رسد. هیدروژن زیادی از آن‌ها باقی نمی‌ماند و بقایایشان عمدتا، نیتروژن و کربن است. این عناصر حاصل خروج جرم در سرعت بسیار بالا هستند.

کشف مقدار زیادی کربن در کهکشان‌های مختلف در زمان طلوع کیهانی نشان می‌دهد، نه تنها فرآیند شکل‌گیری کربن در آن زمان رخ می‌داد، بلکه در دوران اولیه‌ی کیهان بسیار رایج‌تر از زمان کنونی بودند. این یافته به نوبه‌ی خود نشان می‌دهد که چرا امروز دیگر اثری از ستاره‌های عظیم و سنگین آغازین نمی‌بینیم.

این پژوهش در مجله‌ی Nature منتشر شد.