دانشمندان بالاخره فهمیدهاند چرا از نخستین ستارگان کیهان هیچ اثری باقی نمانده است
براساس پژوهشی جدید، نخستین ستارههای جهان ممکن است بسیار کوچکتر از آن چیزی بوده باشند که پیشتر تصور میکردیم و احتمالا همین امر توضیح میدهد که چرا یافتن شواهد از وجود آنها بسیار دشوار بوده است.
براساس مطالعات تازه، نخستین نسل از ستارهها، تاریخ پرماجرایی داشتند. آنها در محیطی خشن به وجود آمدند: درون ابر گازی عظیم و پرتلاطمی که با سرعت بسیار بالا، در حد پنج برابر سرعت صوت (مطابق با اندازهگیری در جو زمین) درحال حرکت بودند.
شبیهسازی انجامشده در پژوهش جدید همچنین نشان داد که گازها به صورت تودهها و برجستگیهایی خوشهبندی میشدند که نوید تولد قریبالوقوع ستارهای جدید را میدادند. این ابر گازی تجزیه شد و تکههایی پدید آورد که به نظر میرسید خوشههای ستارهای آماده شکلگیری از آن هستند. در نهایت، یکی از این ابرهای گازی در شرایطی پایدار قرار گرفت و باعث شکلگیری ستارهای با جرم فقط هشت برابر خورشید ما شد؛ بسیار کوچکتر از غولهای صد برابر ستاره ما که پژوهشگران پیشتر برای جهان اولیه تصور میکردند.
یافتهها نشان میدهند که نخستین ابرستارههای تاریخ ممکن است در شبکههای ستارهای شکل گرفته باشند نه در انزوای باشکوهی که پیشتر گمان میرفت. که جونگ چن، پژوهشگر ارشد مؤسسه نجوم و اخترفیزیک آکادمی سینیکای تایوان در ایمیلی به لایوساینس گفت:
با وجود آشفتگی فراصوت، ابر به چندین توده کوچکتر تجزیه میشود و این امر بهجای تشکیل چند ستاره بسیار پرجرم، باعث پیدایش چند ستاره با جرم کمتر میشود، این ستارههای نخستین نقشی کلیدی در شکلدهی به نخستین کهکشانها داشتند که در نهایت به سامانههایی مانند کهکشان راه شیری ما تکامل یافتند.
شبیهسازی جهان
پژوهشگران درک تازه خود از ستارگان اولیه را با استفاده از کد شبیهسازی Gizmo به دست آوردند که برای مطالعه پدیدههای نجومی از سیاهچالهها گرفته تا میدانهای مغناطیسی به کار میرود. آنها همچنین از پروژهای به نام IllustrisTNG استفاده کردند که پیشتر ثابت کرد بهخوبی میتواند شکلگیری کهکشانها را بازآفرینی کند. هدف آنها، مطالعه شرایط کیهان، چند صد میلیون سال پس از بیگبنگ، یعنی ۱۳٫۸ میلیارد سال پیش بود.
- اخترشناسان میگویند نخستین ستارگان جهان را رصد کردهاند14 بهمن 01مطالعه '8
- برخی از قدیمیترین ستارههای جهان در لبه راه شیری مخفی شدهاند05 خرداد 03مطالعه '3
با توجه به مقیاس عظیم جهان، شبیهسازی یادشده بر یک ناحیه خاص متمرکز شد: یک ساختار چگال به نام مینیهاله ماده تاریک با جرمی تقریباً ۱۰ میلیون برابر جرم خورشید ما. (ماده تاریک بخش عمده ماده جهان را تشکیل میدهد، اما با نور برهمکنش ندارد و توسط تلسکوپها قابل مشاهده نیست. بااین حال، میتوان حضور آن را از طریق اثر گرانشیاش بر سایر اجرام استنباط کرد.)
پژوهشگران نحوه حرکت ذرات گاز را در نواحی نسبتاً کوچک فضایی داخل این هاله بررسی کردند. هر ناحیه تقریباً سه سال نوری عرض داشت. شبیهسازیها نشان دادند که مینیهاله ماده تاریک با نیروی گرانشی خود گاز را جذب میکند و درنتیجه، هم آشفتگیهای مافوق صوت ایجاد میشوند و هم کلوخهشدن ابرهای گازی رخ میدهد؛ بنابراین آشفتگی بخشی از فرآیند شکلگیری ستارههای آغازین بوده است.
تعداد ستارههای عظیم جهان آغازین کمتر از حد تصور قبلی بوده است
محیط پرتنش تولد ستارههای آغازین یک اثر جانبی دیگر هم داشت: تعداد ستارههای عظیم اولیه کمتر از آنچه پیشتر تصور میکردیم بود. براساس پژوهشهای پیشین، ستارههای اولیهای با جرمی بیش از صد برابر جرم خورشید میتوانستند وجود داشته باشند. این ستارههای قدیمی در نهایت به صورت ابرنواختر منفجر میشدند و ردپای قابل ردیابی از خود به جا میگذاشتند که ستارههای جدیدتر هنگام رشد، آنها را جذب میکردند.
بااینحال، ستارههای جدید هیچ نشانه شیمیایی از این اجداد عظیم درون خود نشان نمیدهند که این موضوع نشان میدهد نسل اول ستارههای بسیار بزرگ احتمالاً خیلی نادر بودهاند.
گروه چن هنوز کارش تمام نشده است. آنها اکنون از هالههای ماده تاریک برای بررسی نحوه عملکرد آشفتگی مافوق صوت به طور کلیتر در کیهان اولیه استفاده میکنند؛ به ویژه در دورهای بیش از ۱۳ میلیارد سال پیش که به «سپیدهدم کیهانی» معروف است و اولین ستارهها در آن زمان ظاهر شدند.
به گفتهی چن، مجموعه بعدی شبیهسازیها ممکن است میدانهای مغناطیسی را نیز در بر بگیرد. ما در کهکشانهای امروزی میبینیم که آشفتگی مافوق صوت، میدانهای مغناطیسی را تقویت میکند و بر شکلگیری ستارهها تأثیر میگذارد؛ ممکن است مغناطیس دقیقاً به همان اندازه در شکلگیری ستارگان در کیهان اولیه نیز نقش حیاتی داشته باشد.
دانشمندان نتایج خود را ۳۰ ژوئیه در نشریه Astrophysical Journal Letters منتشر کردند.