دانشمندان برای اولین‌بار به ستاره‌های غول‌آسای آغاز جهان نزدیک شده‌اند

در ابتدا لازم است به عصر تاریکی اشاره شود. البته منظور از عصر تاریکی، دوره‌ی پس از سقوط امپراطوری روم غربی نیست بلکه منظور عصر تاریکی کیهانی است. عصر تاریکی کیهانی به میلیاردها سال پیش و پیش از تشکیل اولین ستاره‌ها بازمی‌گردد. طلوع کیهان از تولد اولین ستاره‌ها شروع شد، مبدأ تاریخی پرآشوبی که چهره‌ی کیهان را به شکل کنونی درآورد.

ساختار اولین ستاره‌ها تفاوت زیادی با ستاره‌های کنونی داشت و اگر خوش‌شانس باشید می‌توانید برای اولین بار آن‌ها را ببینید.

اولین سیاهچاله‌ها

اولین سیاهچاله‌ها به‌این‌ترتیب به وجود آمدند: یک ستاره‌ی غول‌آسا برای مثال با هشت برابر جرم خورشید به زندگی کوتاه و قابل پیش‌بینی خود ادامه می‌دهد و هیدروژن را به هلیوم تبدیل می‌کند.

هیدروژن این ستاره تمام می‌شود و گداخت هلیوم را آغاز می‌کند. سپس هلیوم آن هم به پایان می‌رسد و مواد سنگین‌تر را می‌سوزاند و به همین ترتیب تا بالای جدول تناوبی پیش می‌رود تا به آهن برسد. گداخت آهن به‌جای آزاد کردن انرژی منجر به جذب انرژی می‌شود و بنابراین هیچ چیز نمی‌تواند مانع فروپاشی جاذبه‌ای یک ستاره شود.

ستاره در یک حجم کوچک منقبض می‌شود و یک سیاهچاله به‌وجود می‌آید. به‌مرورزمان سیاهچاله می‌تواند با سیاهچاله‌های دیگر برخورد کند و آن‌ها را جذب کند یا مواد اطراف خود را به داخل بمکد و فربه‌تر شود. سیاهچاله در یک زمان مناسب و با غذای خوب می‌تواند به یک غول بزرگ تبدیل شود. چنین ساختارهایی را می‌توان در قلب کهکشانپیدا کرد که جرم آن‌ها ممکن است به چند میلیون برابر جرم خورشید هم برسد.

به‌مرور مواد جدیدی به دام این سیاهچاله می‌افتند (سیاهچاله سیری‌ناپذیر است)، گازها وارد شکم سیاهچاله می‌شوند، سیاهچاله فشرده‌تر و داغ‌تر می‌شود و در نهایت درخشش آن هم از بسیاری از ستاره‌ها بیشتر می‌شود. اسامی متعددی برای جرم به‌دست‌آمده وجود دارد: کوازار، بلازار، هسته‌ی کهکشانی فعال؛ اما تمامی این اسامی یک معنی دارند: سیاهچاله‌ی غول‌آسایی که در حال رشد است.

کوازارها در فواصل بسیار دور قرار گرفته‌اند و این یعنی رصدها مربوط به اوایل حیات جهان هستند یعنی زمانی که عمر جهان حتی به یک میلیارد سال هم نمی‌رسید (بله این دوره‌ی جوانی جهان است). به‌طورکلی فرآیند شکل‌گیری ستاره، زندگی و مرگ، تولید سیاهچاله، تغذیه‌ی آن از ساختارهای عظیم به بیش از یک میلیارد سال زمان نیاز دارد.

فسیل‌هایی از عصر کهن

شاید فرآیند تشکیل ستاره‌ی معمولی > سیاهچاله> کوازار برای شروع کیهان به‌نظر غیرممکن برسد؛ بنابراین گزینه‌های دیگری هم مطرح می‌شوند که بر اساس رصدها می‌توانند مسیرهای سریع‌تر یا میانبرهای تشکیل سیاهچاله باشند. سریع‌ترین مسیر تشکیل یک سیاهچاله‌ی عظیم از یک ستاره‌ی غول‌آسا آغاز می‌شود.

اما سؤال اینجاست که ستاره تا چه اندازه باید غول‌آسا باشد؟ ۱۰۰ هزار برابر جرم خورشید به‌اندازه‌ی کافی مناسب است؟ ستاره‌های این چنینی امروزه در جهان وجود ندارند. اگر امروز بخواهید آن مقدار ماده را در یک حجم مناسب فشرده کنید و آن‌ را به یک ستاره تبدیل کنید، واکنش‌ها و ناپایداری‌ها باعث می‌شوند این ستاره مانند یک شیرینی در دستان شما خرد شود و به‌جای یک ستاره‌ی غول‌آسا، تعداد زیادی ستاره‌ی معمولی به‌وجود می‌آید.

به همین دلیل، امروزه احتمال وجود ستاره‌هایی با جرم ۱۰۰ برابر جرم خورشید کم است؛ اما این فرآیند در آغاز کیهان متفاوت بوده است. در آن زمان هنوز اثری از عناصر سنگین نبوده؛ گداخت‌های هسته‌ای هم به‌مدت طولانی فعال نبودند تا دهانه‌های میان ستاره‌ای را آلوده کنند.

تشعشعات ناشی از عناصر متعدد روش خوبی برای سرد شدن و متراکم شدن ابر گازی و تبدیل آن به توده‌های کوچک‌تر بوده است. در ضمن در آن زمان، کیهان جوان مملو از تشعشعات پرانرژی فرابنفش بود که از تولد ناگهانی ستاره‌های کوچک‌تر سرچشمه می‌گرفتند. این تشعشعات باعث تجزیه‌ی هیدروژن مولکولی می‌شدند و به این صورت ابرهای گازی غول‌آسا سرد و چندتکه می‌شدند.

مجددا شرایط تشکیل ستاره‌های غول‌آسا و حتی ابرغول آسا در انتهای عصر تاریکی کیهان مساعد می‌شود. در این فرآیند مواد بدون اینکه تجزیه شوند، متراکم می‌شوند و یک ستاره‌ی غول‌آسا می‌سازند. این ستاره‌های غول‌آسا عمر کوتاهی داشتند و به‌صورت مستقیم پس از فروپاشی به سیاهچاله تبدیل شدند و مسیر متداول تشکیل کوازارها را میانبر زدند.

عصر طلوع کیهانی

قبل از آنکه هر ایده‌ی بزرگ علمی را باور کنید، به دنبال شواهد آن بگردید. در این رابطه به تصاویر ستاره‌های عظیم قبل از تبدیل شدن آن‌ها به سیاهچاله و سپس کوازار دارید.

اگرچه رصد این ستاره‌ها کار دشواری است؛ زیرا این ستاره‌ها سال‌هاست متولد شده و مرده‌اند. از طرفی بااینکه این ستاره‌ها بر اساس استانداردهای ستاره‌ای غول‌آسا هستند اما برای رصد در چنین فاصله‌هایی بسیار کوچک هستند.

اما هنوز یک شانس وجود دارد. بر اساس شبیه‌سازی‌های اخیر این ستاره‌ها به‌طرز شگفت‌انگیزی سرد هستند و دمای سطح آن‌ها بین ۵۷۰۰ تا ۷۷۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد است و به این صورت درخشش سرخ رنگی دارند. این ستاره‌‌ها به دلیل حجم زیاد بسیار درخشان هستند و درخشش آن‌ها به اندازه‌ی درخشش ۱۰ میلیارد خورشید است.

ترکیب این میزان درخشش و سرخ‌رنگی به این معنی است که این ستاره‌ها در مأموریت‌های آینده برای طول‌ موج‌های مادون‌قرمز قابل رصد هستند. یکی از مأموریت‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب، شکار اولین ستاره‌های جهان است. اگر این ستاره‌های غول‌آسا از میلیاردها سال پیش هنوز زنده باشند و بعضی از آن‌ها جان سالم به در برده باشند (مانند همزادهای خود به سیاهچاله تبدیل نشده باشند) با بررسی‌های بیشتر می‌توان برای اولین بار آن‌ها را رصد کرد.