شواهد جدیدی که تصور ما از ستارگان پس از بیگ بنگ را تغییر می‌دهد

منجمانی که با قوی‌ترین تلسکوپ‌های روی زمین کار می‌کنند به شواهدی دست یافتند که نشان می‌دهد ستاره‌ها از اوایل جهان و در حدود ۲۵۰ میلیون سال پس از مه‌بانگ شروع به شکل‌گیری کردند؛ یعنی قبل از اینکه به اصلاح غبار در کیهان شکل گرفته باشد. در آن زمان جهان تنها ۲ درصد سن کنونی خود را داشت و کشف جدیدی که رکورد شکل گیری زودهنگام قبلی را شکست. این رکورد جدید حتی رکورد قدیمی‌ترین اکسیژن کشف شده را که به ۱۳/۲۸ میلیارد سال نوری (۵۰۰ میلیون سال پس از مه‌بانگ) برمی‌گردد، می‌شکند؛ و مدرکی محکم برای شکل‌گیری ستاره های آن زمان محسوب می‌شود.

دوران آغاز جهان برای مطالعه بسیار دشوار است. ما به سختی از اتفاقات آن زمان آگاهیم. آغاز جهان از تصورات ما بسیار دور است. دستگاه‌ها به سختی می‌توانند هرگونه تابشی را از آن زمان شناسایی کنند، به‌ویژه زمانی که سن جهان حدود ۳۰۰ میلیون سال بوده است.

پس از آن، اجرام آسمانی راحت‌تر دیده شدند و یکی از همین اجرام بود که توجه تیم بین‌المللی اخترشناسان را به خود جلب کرد. این پروژه را تاکویا هاشیموتا از اخترشناسان دانشگاه Osaka Sangyo و رصدخانه نجومی ملی ژاپن رهبری می‌کرد.

این تیم تحقیقاتی آرایه زیر-میلی‌متری/میلی‌متری آتاکاما (ALMA) در شیلی بر دورترین اجرام جهان، که کهکشانی به نام MACS1149-JD1بود، تنظیم کردند. هرچند این جرم کم‌نور بود، محققان نشانه‌هایی از اکسیژن در طیف کهکشان پیدا کردند.

محققان براساس طول موج نور، که انبساط جهان از بازه‌ی فروسرخ تا مایکروویو بود، اظهار کردند که کهکشان در فاصله ۱۳/۲۸ میلیارد سال نوری قرار دارد.

این کشف از طریق شناسایی نشر هیدروژن خنثی از کهکشان نیز مورد تأیید تلسکوپ بسیار بزرگ رصدخانه جنوبی اروپا قرار گرفت. هاشیموتامی‌گوید:

من از دیدن نشانه‌های اکسیژن با آن فاصله دور مسافت در داده‌های دریافتی ALMA هیجان‌زده بودم. این کشف پیشگامان جهان قابل مشاهده را به عقب می‌راند.

چرا اکسیژن بسیار مهم است؟ چون در سال های اولیه شکل‌گیری جهان، هیچ اکسیژنی وجود نداشت. ستاره‌ها باید اکسیژن را تولید می‌کردند، نه اینکه فقط وجود داشته باشند. اکسیژن در ستاره‌ها شکل‌ می‌گیرد و پس از اینکه یک ستاره می‌میرد، اکسیژن هم به فضای اطراف آزاد می‌شود.

در این شرایط، با تابش‌های دیگر ستارگان یونیزه می‌شود. این اکسیژن در نور فروسرخ می‌درخشد. برای اینکه اکسیژن در MACS1149-JD1 تابش فروسرخ نشر کند، لازم است که این کهکشان نسلی از ستاره‌ها را داشته باشد و پروسه پیدایش و نابودی را طی کرده باشند. نیکولاس لاپورت، از اعضای تیم کیهان‌شناسان دانشگاه کالج لندن در بریتانیا می گوید:

این کهکشان زمانی که جهان فقط ۵۰۰ میلیون سال داشت دیده می‌شود و هنوز جمعیت ستاره‌های بالغ را دارد. ما سرانجام قادر هستیم از این کهکشان برای کاوش در تاریخچه‌ی کیهان در شکل اولیه‌ی آن و در دوره‌ای نامعلوم استفاده کنیم.

در گام بعدی باید تعیین کنیم که کهکشان با چه دقتی می‌تواند منحنی اکسیژن مشاهده‌شده را ایجاد کند. تیم تحقیقاتی از داده‌های فروسرخی استفاده کرد که با تلسکوپ های فضایی خود، تلسکوپ فضایی هابل وتلسکوپ فضایی اسپیتزر، به‌دست آورده بود. آن‌ها دریافتند که درخشندگی کهکشان با مدلی که ستاره‌ها در ۲۵۰ میلیون سال نخست شکل‌ گرفتند، به‌روشنی قابل توضیح است.

طبق این مدل، اولین انفجارهای شکل‌گیری ستاره‌ها گاز را به فواصل دور از کهکشان‌ها راند؛ روندی که مانع شکل‌گیری ستاره‌ها می‌شد. سپس این گاز دوباره به حالت قبل برمی‌گشت و انفجار ثانویه‌ای از شکل‌گیری ستاره‌ها را آغاز می‌کرد. این زمان با زمان مشاهدات ALMA که ۵۰۰ میلیون سال پس از مه بانگ است، هم‌خوانی دارد.

این ستاره‌های تازه متولد شده از انفجار دوم هستند و اکسیژن باقی‌مانده از ستارگان نسل اول را یونیزه کردند. این یعنی ستاره‌ها حتی زودتر از آنچه با تلسکوپ‌های خود می‌بینیم، شکل گرفته‌اند. همچنین ما زمانی که اولین ستارگان شکل گرفتند، به آنچه که سپیده‌دم کیهانینامیده می‌شود ،نزدیک می‌شویم. ریچارد الیس، اخترفیزیکدان دانشگاه کالج لندن و نویسنده همکار این مقاله می‌گوید:

مشخص کردن زمان وقوع سپیده‌دم کیهانی، نقطه‌ی عطفی است که به کیهان‌شناسی و شکل‌گیری کهکشان‌ها بستگی دارد.

با کشف MACS1149-JD1 با توجه به امکانات کنونی که برای کشف کهکشان‌ها داریم، ما به افق‌های برتری از کاوش تاریخ کیهان دست یافتیم. این نگاه خوشبینانه وجود دارد که به مشاهده‌ی مستقیم تولد نور ستاره دست خواهیم یافت.

از آنجا که همه‌ی ما از مواد ستاره‌ای پردازش‌شده به وجود آمده‌ایم، چنین کشفی به معنی یافتن اصل خودمان هم خواهد بود.

این تحقیق در ژورنال Nature منتشر شده است.