اخترشناسان می‌گویند نخستین ستارگان جهان را رصد کرده‌اند

گروهی از اخترشناسان که داده‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب را به‌دقت بررسی می‌کنند، نور هلیوم یونیزه‌شده را در کهکشانی دوردست مشاهده کرده‌اند. این تابش ممکن است نشانگر وجود نخستین نسل از ستارگان جهان باشد که با نام گمراه‌کننده‌ی «جمعیت ۳» خطاب می‌شوند.

ستارگان نسل اول که اخترشناسان از مدت‌ها پیش در جستجویشان بوده‌اند، توپ‌های عظیمی از هیدروژن و هلیوم هستند که از گاز اولیه‌ی جهان تشکیل شده‌اند. دانشمندان در دهه‌ی ۱۹۷۰ نظریه‌پردازی درباره‌ی این گوی‌های آتشین را شروع و این فرضیه را مطرح کردند که آن‌ها پس از عمر کوتاهشان، به‌صورت ابرنواختر منفجر شدند، عناصر سنگین‌تری را شکل دادند و به درون کیهان پرتاب کردند. این مواد ستاره‌ای بعدا ستارگان جمعیت ۲ با عناصر سنگین بیشتر، سپس ستارگان غنی‌ترِ جمعیت ۱ مانند خورشید ما و همچنین سیاره‌ها، سیارک‌ها، دنباله‌دارها و درنهایت خود حیات را پدید آوردند.

ربکا بولر، اخترشناس از دانشگاه منچستر در بریتانیا می‌گوید: «ما وجود داریم، درنتیجه می‌دانیم که باید ستارگان نسل اول [نیز] باید وجود داشته باشند.»

اکنون به‌گزارش کوانتا مگزین، شین وانگ، اخترشناس از آکادمی علوم چین در پکن و همکارانش فکر می‌کنند این ستارگان اولیه را یافته‌اند. این کشف که به‌گفته‌ی وانگ، اتفاقی فراواقعی است، هنوز به تایید نیاز دارد. مقاله‌ی پژوهشگران که ۸ دسامبر در پایگاه داده‌ی آرکایو منتشر شد، در انتظار داوری همتا در نشریه نیچر است.

حتی اگر پژوهشگران اشتباه کرده باشند، تشخیص قانع‌کننده‌تر نخستین ستارگان جهان احتمالا چندان دور از دسترس نخواهد بود. تلسکوپ فضایی جیمز وب که درحال ایجاد دگرگونی در بخش‌های گسترده‌ای از نجوم است، می‌تواند اعماق فضا و زمان را ببیند و ستارگان جمعیت ۳ را شناسایی کند.

درحال‌حاضر، این تلسکوپ غول‌پیکر شناور در فضا، کهکشان‌های دوردستی را شناسایی کرده که روشنایی غیرعادیشان ممکن است نشانگر وجود ستارگان جمعیت ۳ در آن‌ها باشد. گروه‌های پژوهشی دیگر نیز برای کشف این ستارگان با جیمز وب، درحال رقابت هستند و داده‌های خودشان را تجزیه‌وتحلیل می‌کنند. مایک نورمن، فیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو که ستارگان را در شبیه‌سازی‌های کامپیوتری مطالعه می‌کند، ستارگان نسل اول را یکی از موضوعات بسیار داغ می‌داند.

کشف قطعی ستارگان جمعیت ۳ به اخترشناسان امکان می‌دهد تا بررسی اندازه و ظاهر ستارگان، زمان وجود آن‌ها و چگونگی روشن‌شدن ناگهانیشان در تاریکی اولیه‌ی جهان را آغاز کنند. به باور بولر، ظهور این ستارگان یکی از بنیادین‌ترین تغییرات در تاریخ جهان محسوب می‌شود.

ستارگان جمعیت ۳

تقریبا ۴۰۰ هزار سال پس از بیگ‌بنگ، الکترون‌ها، پروتون‌ها و نوترون‌ها برای تبدیل‌شدن به هیدروژن و هلیوم، به اندازه‌ی کافی گرد هم جمع شدند. با کاهش دما، ماده تاریک به‌تدریج انباشته شد و اتم‌ها را به‌طرف خود کشید. درون توده‌های ماده تاریک، هیدروژن و هلیوم دراثر گرانش درهم‌کوبیده شدند و گلوله‌های گازی غظیم را به‌وجود آوردند. وقتی توپ‌ها به‌قدر کافی متراکم شدند، ناگهان همجوشی هسته‌ای در مرکز آن‌ها شروع شد و نخستین ستارگان پدید آمدند.

والتر باده، اخترشناس آلمانی در سال ۱۹۴۴ ستارگان کهکشان ما را به انواع ۱ و ۲ دسته‌بندی کرد. ستارگان جمعیت ۱ شامل خورشید ما و دیگر ستارگان غنی از فلز است و جمعیت ۲ به ستارگان قدیمی‌تر ساخته‌شده از عناصر سبک‌تر اشاره دارد. ایده‌ی ستارگان جمعیت ۳ چندین دهه بعد بر سر زبان‌ها افتاد. برنارد کار، اخترفیزیکدان بریتانیایی در مقاله‌ای در سال ۱۹۸۴، نقش حیاتی و احتمالی این نوع ستارگان را در جهان اولیه توصیف کرد. کار و همکارانش می‌نویسند: «گرما یا انفجار آن‌ها می‌توانست جهان را دوباره یونیزه کند… و عناصر سنگین برآمده از آن‌ها می‌توانست انفجاری از غنی‌سازی پیش‌کهکشانی به‌وجود آورد» و موجب پیدایش ستاره‌های بعدیِ غنی‌تر از عناصر سنگین‌تر شود.

کار و همکارانش برآورد کردند که ستارگان جمعیت ۳ به‌دلیل حجم زیاد گاز هیدروژن و هلیوم موجود در جهان اولیه، می‌توانستند آن‌قدر رشد کنند تا اندازه‌شان به بین صد تا ۱۰۰ هزار برابر خورشید ما برسد.

ستارگان واقع در انتهای سنگین‌تر طیف یا ستارگان به اصطلاح کلان‌جرم، نسبتا سرد، قرمز و پف‌کرده و آن‌قدر بزرگ بودند که می‌توانستند تقریبا کل منظومه شمسی ما را دربربگیرند. گونه‌های متراکم‌تر و با اندازه‌ی متوسط ستارگان جمعیت ۳، به رنگ آبی گرم می‌درخشیدند و درمقایسه با خورشید ما که فقط ۵۵۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد حرارت دارد، با دمای سطحی تقریبا ۵۰ هزار درجه‌ی سانتی‌گراد بسیار داغ‌تر بودند.

در سال ۲۰۰۱، شبیه‌سازی‌های کامپیوتری به رهبری نورمن، توضیح داد که چگونه چنین ستارگان بزرگی می‌توانند شکل بگیرند. در جهان امروزی، ابرهای گازی به تعداد زیادی ستاره‌ی کوچک تقسیم می‌شوند؛ اما شبیه‌سازی‌ها نشان داد که ابرهای گازی در جهان اولیه که بسیار داغ‌تر از نمونه‌های کنونی بودند، نمی‌توانستند به‌راحتی متراکم شوند و درنتیجه کارایی کمتری در شکل‌دادن به ستارگان داشتند. درعوض، کل ابر یک ستاره‌ی غول‌پیکر را پدید می‌آورد.

اندازه‌ی بسیار بزرگ این ستارگان اولیه بدان معنا بود که عمر کوتاهی داشتند و حداکثر چند صد میلیون سال دوام می‌آوردند. (ستارگان پرجرم‌تر ازطریق سوخت موجود در خود سریع‌تر می‌سوزند.) بدین ترتیب، ستارگان جمعیت ۳ با عمر احتمالا فقط چند صد میلیون سال، در تاریخ کیهان دوام چندانی نداشتند و با پراکنده‌شدن واپسین مخزن‌های گاز اولیه، برای همیشه ناپدید شدند.

بااین‌حال، عدم قطعیت‌های فراوانی وجود دارد. این ستارگان واقعا چقدر بزرگ شدند؟ تا چه زمانی وجود داشتند؟ و در اوایل عمر جهان چقدر فراوان بودند؟ بولر می‌گوید: «آن‌ها ستارگانی کاملا متفاوت با ستاره‌های کهکشان خودمان هستند.»