چرا اولین ستاره‌های کیهان اثری از خود برجا نگذاشتند؟

به گزارش ایسنا، دانشمندان در یک مطالعه جدید نشان دادند که اولین نسل ستاره‌ها تاریخچه‌ای دشوار داشتند. این ستاره‌ها در محیطی پرتلاطم و درون ابری عظیم از گاز که با تلاطم‌های فراصوت با سرعت‌هایی پنج برابر سرعت صوت در حال چرخش بودند، به وجود آمدند. 

اولین ستاره‌های عالم ممکن است بسیار کوچکتر از آن چیزی بوده باشند که دانشمندان تصور می‌کردند و این امر احتمالاً توضیح می‌دهد که چرا امروزه نمی‌توانیم اثری از آنها پیدا کنیم.

به نقل از لایوساینس، یک شبیه‌سازی که مبنای این مطالعه جدید بود، نشان داد که گازها به شکل توده‌هایی گرد هم می‌آیند که به نظر می‌رسد نویدبخش تولد ستاره‌ای قریب‌الوقوع هستند. این ابر از هم می‌پاشد و قطعاتی از آنها را ایجاد می‌کند که به نظر می‌رسد خوشه‌های ستاره‌ای در آستانه ظهور باشند. یک ابر گازی در نهایت به شرایط مناسب برای تشکیل ستاره‌ای با هشت برابر جرم خورشید ما می‌رسد.

این یافته‌ها نشان می‌دهد که اولین ستاره‌های ابرغول در تاریخ ممکن است در شبکه‌های ستاره‌ای به وجود آمده باشند.

«که-جونگ چن»(Ke-Jung Chen) دانشمند ارشد و پژوهشگر در «مؤسسه نجوم و اخترفیزیک آکادمیا سینیکا»(ASIAA) در تایوان می‌گوید: با حضور تلاطم فراصوت، ابر به چندین توده کوچکتر تقسیم می‌شود و منجر به تشکیل چندین ستاره کم‌جرم‌تر می‌شود.

این نگاه اجمالی به تاریخ اولیه ما برای یادگیری در مورد منشأ کهکشان و منظومه شمسی ما بسیار مهم است. «چن» گفت: این اولین ستاره‌ها نقش مهمی در شکل‌دهی اولین کهکشان‌ها ایفا کردند که در نهایت به سامانه‌هایی مانند راه شیری خودمان تکامل یافتند. مشاهدات تازه با این مدل جدید می‌توانند مطالعه را بیشتر پیش ببرند و تولد ستاره‌ها و تشکیل کهکشان را با استفاده از مدل‌های رایانه‌ای و «تلسکوپ فضایی جیمز وب»(JWST) ناسا بررسی کنند.

شبیه‌سازی کیهان 

دانشمندان درک جدید خود از ستاره‌های اولیه را با استفاده از کد شبیه‌سازی «گیزمو»(Gizmo) که برای مطالعه پدیده‌های نجومی از سیاه‌چاله‌ها تا میدان‌های مغناطیسی استفاده می‌شود، تولید کردند. هدف آنها مطالعه شرایط در کیهان چند صد میلیون سال پس از «مه‌بانگ»(Big Bang) در ۱۳/۸ میلیارد سال پیش بود. شبیه‌سازی با توجه به مقیاس عظیم عالم بر روی یک منطقه واحد متمرکز شد. این امر یک ساختار متراکم را نشان داد که تقریباً ۱۰ میلیون برابر جرم خورشید ما و موسوم به «مینی‌هاله ماده تاریک»(dark matter minihalo) است.

ماده تاریک بیشتر ماده کیهان ما را تشکیل می‌دهد، اما با نور برهمکنش ندارد و نمی‌توان آن را با تلسکوپ‌ها مشاهده کرد. با این حال می‌توانیم حضور ماده تاریک را از طریق اثر گرانشی آن بر اجرام دیگر استنباط کنیم. پژوهشگران بررسی کردند که ذرات گاز چگونه در مناطق نسبتاً کوچکی از فضا درون هاله حرکت می‌کنند، هر منطقه تقریباً سه سال نوری عرض داشت. شبیه‌سازی‌ها نشان داد که «مینی‌هاله ماده تاریک»، گاز را از طریق گرانش محض جذب می‌کند و با این کار، هم تلاطم فراصوت و هم تجمع ابر گازی را ایجاد می‌کند. بنابراین خشونت بخشی از داستان ایجاد ستاره‌های اولیه بود.

این محیط پرتلاطم نتایج جانبی دیگری نیز داشت. ستاره‌های بزرگ و اولیه کمتری نسبت به آنچه قبلاً تصور می‌کردیم وجود داشتند. مطالعات پیشین نشان داده بود که ما می‌توانستیم ستاره‌های اولیه با بیش از ۱۰۰ برابر جرم خورشید داشته باشیم. در نهایت، این ستاره‌های قدیمی به صورت ابرنواختر منفجر می‌شدند و بقایای قابل ردیابی را از خود بر جای می‌گذاشتند که ستاره‌های جدیدتر با رشد خود آنها را جذب می‌کردند. با این حال، ستاره‌های جدیدتر هیچ نشانه‌ای شیمیایی از ستاره‌های ابرغول‌ در درون خود نشان نمی‌دهند و این نشان می‌دهد که نسل اول ستاره‌های عظیم ممکن است واقعاً نادر بوده باشند.

این تیم هنوز کار خود را به پایان نرسانده است. آنها اکنون از هاله‌های ماده تاریک برای بررسی چگونگی عملکرد تلاطم فراصوت به طور کلی در کیهان اولیه استفاده می‌کنند، به ویژه زمانی که اولین ستاره‌ها در دورانی بیش از ۱۳ میلیارد سال پیش، با نام «سپیده‌دم کیهانی»(cosmic dawn)، به وجود آمدند.

«چن» خاطرنشان کرد: این مطالعه بخشی از یک تلاش مشترک با هدف درک «سپیده‌دم کیهانی» از طریق بررسی شکل‌گیری و تکامل اولین ستاره‌هاست. مجموعه بعدی شبیه‌سازی‌ها ممکن است شامل میدان‌های مغناطیسی نیز باشد. ما امروز می‌بینیم که در کهکشان‌ها تلاطم فراصوت، میدان‌های مغناطیسی را تقویت می‌کند و بر تشکیل ستاره تأثیر می‌گذارد. این موضوع بسیار محتمل است که مغناطیس نیز در تشکیل ستاره در کیهان اولیه به همان اندازه مهم بوده باشد.

این مطالعه در مجله Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.