کشف احتمالی «اولین ستارگان جهان» در فاصله ۱۳ میلیارد سال نوری توسط جیمز وب

رصد اولین نسل ستارگان جهان (جمعیت ۳)

اخترشناسان با بهره‌گیری از قابلیت‌های بی‌نظیر تلسکوپ فضایی جیمز وب و پدیده‌ای که آلبرت اینشتین بیش از یک قرن پیش پیش‌بینی کرده بود، موفق به رصد ستارگان اولیه موسوم به «ستارگان جمعیت ۳» (Population III stars) در خوشه‌ای بسیار دوردست به نام LAP1-B شدند. این ستارگان که گاهی با نام «ستارگان تاریک» نیز شناخته می‌شوند، بر اساس نظریه‌های کیهان‌شناسی، اولین نسل از ستارگانی هستند که تقریباً ۱۳.۸ میلیارد سال پیش، بلافاصله پس از رویداد بزرگ بیگ‌بنگ، شکل گرفتند.

شواهد علمی و جزئیات رصد LAP1-B

الی ویزبال، نویسنده اصلی این تحقیق و اخترفیزیکدان دانشگاه تولدو، اظهار داشت که تیم تحقیقاتی دلایل متعددی برای مشکوک بودن به ستارگان LAP1-B به‌عنوان ستارگان جمعیت ۳ دارد. مهم‌ترین شواهد علمی شامل موارد زیر است:

• طیف نشری: طیف نوری این ستارگان، که ترکیب شیمیایی آن‌ها را مشخص می‌کند، دارای خطوط نشری است که نشان‌دهنده فوتون‌های پرانرژی فراوان است؛ این ویژگی کاملاً با پیش‌بینی‌های نظری مربوط به ستارگان جمعیت ۳ مطابقت دارد.
• جرم فوق‌العاده: طیف‌نگاری‌ها نشان می‌دهند که این ستارگان بسیار بزرگ هستند و جرم هر یک از آن‌ها حدود ۱۰۰ برابر جرم خورشید تخمین زده می‌شود.

اگر این مشاهدات توسط جوامع علمی تأیید شوند، این اولین کشف قطعی از اولین ستارگان نسل اولیه جهان خواهد بود.

تطابق با سه شرط نظری

با وجود گمانه‌زنی‌های قبلی درباره مشاهده ستارگان جمعیت ۳ توسط جیمز وب، مطالعه اخیر استدلال می‌کند که کشف LAP1-B تنها موردی است که با سه شرط کلیدی نظری برای این ستارگان مطابقت کامل دارد:

1. شکل‌گیری در محیطی با متالیسیته (فلزینگی) بسیار پایین (عمدتاً هیدروژن و هلیوم) و دمای مناسب برای ستاره‌زایی.
2. تشکیل در خوشه‌های کم‌جرم با تنها چند ستاره بسیار بزرگ.
3. مطابقت خوشه با شرایط ریاضی «تابع جرم اولیه» (نحوه توزیع جرم ستارگان در یک جمعیت هنگام شکل‌گیری).

نقش حیاتی لنز گرانشی اینشتین

درحالی‌که تلسکوپ جیمز وب با آینه ۶.۵ متری خود برای مشاهده اجرام کم‌نور در فواصل عظیم ضروری است، پدیده‌ای به نام لنز گرانشی نقش حیاتی در نمایان شدن LAP1-B ایفا کرد. لنز گرانشی زمانی رخ می‌دهد که یک جرم بسیار پرجرم (مانند یک کهکشان یا خوشه کهکشانی) فضا-زمان اطراف خود را خم می‌کند.

نور شیء پس‌زمینه دوردست، با عبور از این خمیدگی، تحریف شده و بزرگنمایی می‌شود. در این مورد، خوشه کهکشانی نزدیک‌تر به نام MACS J0416 از مقابل LAP1-B عبور کرد و نور آن را «لنز» یا تقویت کرد تا برای JWST قابل مشاهده شود.

از آنجایی که انتظار می‌رود ستارگان جمعیت ۳ در ساختارهای کوچک ماده تاریک شکل گرفته باشند که بلوک‌های سازنده کهکشان‌های بزرگ‌تر نیز بوده‌اند، «آن‌ها درباره مراحل اولیه شکل‌گیری و تکامل کهکشان‌ها — مثلاً اینکه چگونه فلزات گاز هیدروژن و هلیوم اولیه را آلوده می‌کنند — به ما می‌آموزند.»

این یافته، علاوه بر تازگی رصد ستارگان اولیه، به دلیل کمک به درک چگونگی تکامل کهکشان‌ها نیز اهمیت بالایی دارد. JWST که برای رصدهای فروسرخ بهینه شده است، توانست خطوط نشری این ستارگان را که در ابتدا در طول موج‌های فرابنفش منتشر شده بودند اما به دلیل انبساط جهان به طول موج‌های فروسرخ کشیده شده‌اند، مشاهده کند.