جیمز وب ردپای نخستین ستاره‌های جهان را کشف کرد

ردپای ستارگان باستانی: کشفی بی‌سابقه

این کشف، که در دو پژوهش مکمل منتشر شده در arXiv مطرح گردیده، یکی از قوی‌ترین نشانه‌ها از وجود واقعی این ستارگان باستانی است. یکی از این پژوهش‌ها توسط روبرتو مایولینو از دانشگاه کمبریج و دیگری به سرپرستی الکا روستا از دانشگاه فلورانس انجام شده است.

داده‌های جدید نشان می‌دهد که این ستارگان اولیه، که حدود 400 میلیون سال پس از مه‌بانگ پدید آمده‌اند، احتمالا در قالب خوشه‌هایی پیرامون یک جرم کوچک همدم شکل گرفته‌اند. در صورت تأیید، این نتایج برای نخستین بار نگاهی مستقیم به شرایط اولیه کیهان ارائه می‌دهند و اطلاعات جذابی از دورانی که نخستین ستارگان با نور و ماده خود، پایه‌های ساختارهای بعدی جهان را بنا نهادند، به همراه خواهند داشت.

آغازگران کیهان: جمعیت سوم ستارگان

نخستین ستارگان کیهان، که به جمعیت سوم معروفند، در جهانی شکل گرفتند که تقریباً تنها از هیدروژن و هلیوم ساخته شده بود و هنوز خبری از عناصر سنگین نبود. این اجرام اولیه، برخلاف ستارگان امروزی، به طرز شگفت‌انگیزی پرجرم و فوق‌العاده داغ بودند و عمرشان بسیار کوتاه، در حد چند میلیون سال، بود.

همین عمر کوتاه، نقشی سرنوشت‌ساز داشت. این ستارگان در پایان زندگی خود با انفجارهایی مهیب به نام ابرنواختر از هم می‌پاشیدند و برای نخستین بار عناصر سنگین‌تر را در جهان پراکنده می‌کردند. آن‌ها در واقع بذرهای شیمیایی جهان امروز را کاشتند و راه را برای شکل‌گیری نسل‌های بعدی ستارگان، سیارات و در نهایت، حیات هموار کردند.

کشف سیگنال‌های کلیدی

در سال 2024، روبرتو مایولینو و تیمش هنگام بررسی هاله‌ کهکشان GN-z11، یکی از درخشان‌ترین اجرام شناخته‌شده در کیهان آغازین، با نشانه‌ای غیرمنتظره روبه‌رو شدند. با بهره‌گیری از ابزار پیشرفته NIRSpec-IFU روی تلسکوپ فضایی جیمز وب، آن‌ها ردی بسیار ضعیف اما معنادار از تابش را شناسایی کردند. این سیگنال از یک جرم کوچک همدم به نام Hebe companion object می‌آمد که در فاصله حدود سه کیلوپارسک از کهکشان اصلی قرار دارد.

خط طیفی شناسایی‌شده، دقیقاً با امضای هلیوم دو بار یونیده‌شده همخوانی داشت؛ حالتی که تنها در حضور تابش‌های فوق‌العاده پرانرژی رخ می‌دهد. پس از آن، نشانه‌هایی از عناصر سنگین در طیف قرار گرفت و تصویر واضح‌تری به دست داد. محتمل‌ترین توضیح، حضور ستارگان جمعیت سوم بود که تاکنون هیچ‌گاه به طور مستقیم رویت نشده‌اند. این نتیجه‌گیری، گرچه نیازمند تأیید است، اما یکی از قوی‌ترین شواهد غیرمستقیم از وجود این ستارگان باستانی را ارائه می‌دهد.

تأیید مستقل و مدل‌سازی نظری

با بهره‌گیری از توان تفکیک بالاتر ابزار NIRSpec-IFU، تیم مایولینو تأیید کرد که سیگنال هلیوم مشاهده‌شده واقعی است و همچنین آن را به دو جزء مجزا تفکیک کرد که نشانه‌ای از ساختار پیچیده‌تر منبع این تابش است. در مطالعه‌ای مستقل، تیم الکا روستا نیز از همان ناحیه یک خط گسیلی هیدروژن را شناسایی کرد که به عنوان تأییدیه‌ای مستقل برای این تفسیر عمل می‌کند.

نکته مهم این است که در هیچ‌ یک از این دو پژوهش، اثری از عناصر سنگین‌تر در طیف‌ها دیده نشد و همین موضوع با فرض وجود ستارگان اولیه و دست‌نخورده کیهان همخوانی دارد.

با بهره‌گیری از مدل‌سازی نظری، تیم روستا توانست از نسبت هلیوم به هیدروژن اندازه‌گیری‌شده در جرم Hebe companion object برای محدود کردن جرم نخستین نسل ستارگان استفاده کند. نتایج تحلیل آن‌ها نشان می‌دهد که توزیع جرم این ستارگان احتمالاً سنگین بوده و بخش عمده‌ای از آن‌ها در بازه‌ای بین 10 تا 100 برابر جرم خورشید قرار داشته‌اند. این نتیجه با پیش‌بینی‌های نظری که نخستین ستارگان را اجرامی بسیار داغ، پرجرم و با عمر کوتاه توصیف می‌کنند، همسو است.

گرچه برای شناخت دقیق‌تر از زندگی و ویژگی‌های این ستارگان باستانی به مشاهدات بسیار بیشتری نیاز خواهد بود، اما این نتایج مستقل در کنار هم، از روشن‌ترین شواهدی هستند که تاکنون بر وجود واقعی آن‌ها دلالت دارند. با ادامه این مسیر پژوهشی، اخترشناسان می‌توانند در آینده‌ای نزدیک به درک عمیق‌تری از منشأ ساختارهایی برسند که امروزه معماری کیهان را شکل داده‌اند.