جیمز وب قوی‌ترین شواهد از نخستین ستارگان کیهان را کشف کرد

کشف شواهد مستقیم از نخستین نسل ستارگان

نتایج این کشف مهم در قالب دو مطالعه مکمل منتشر شده است. یکی از این پژوهش‌ها به سرپرستی «روبرتو مایولینو» از دانشگاه کمبریج و دیگری توسط «الکا روستا» از دانشگاه فلورانس انجام شده است. این یافته‌ها می‌توانند درک ما از چگونگی شکل‌گیری نخستین نسل‌های ستارگان و تأثیر آن‌ها بر تمامی آنچه پس از آن‌ها در کیهان به وجود آمد، متحول سازند.

برخلاف ستارگان امروزی، ستارگان جمعیت ۳ از ابرهایی تشکیل شده بودند که ترکیبات اصلی آن‌ها هیدروژن و هلیوم خالص بود. این وضعیت بسیار قبل‌تر از آن بود که عناصر سنگین‌تری مانند کربن، اکسیژن و آهن در قلب ستارگان پخته شوند. اخترشناسان بر این باورند که این ستارگان بسیار پرجرم و فوق‌العاده داغ بوده‌اند و سوخت خود را تنها در عرض چند میلیون سال مصرف می‌کردند؛ بازه زمانی کوتاهی که در مقیاس‌های کیهان‌شناسی یک چشم‌برهم‌زدن محسوب می‌شود.

پس از پایان سوخت، این غول‌های باستانی در قالب ابرنواخترهای بزرگ منفجر می‌شدند و بذر عناصر سنگین را برای شکل‌گیری نسل‌های بعدی ستارگان در سراسر کیهان پراکنده می‌کردند.

ردیابی سیگنال‌های کلیدی با جیمز وب

در سال ۲۰۲۴، محققان کمبریج یک سیگنال غیرمعمول را در هاله GN-z11، یکی از درخشان‌ترین کهکشان‌های شناخته‌شده در کیهان اولیه، شناسایی کردند. آن‌ها با استفاده از ابزار طیف‌سنجی فروسرخ نزدیک (NIRSpec-IFU) که روی تلسکوپ جیمز وب نصب شده است، یک خط انتشار نوری ضعیف را از جرمی کوچک به نام Hebe ردیابی کردند. این جرم تنها سه کیلوپارسک با کهکشان میزبان خود فاصله دارد.

این خط نوری با نشانه «هلیوم دو بار یونیزه‌شده» مطابقت داشت؛ پدیده‌ای که وقوع آن نیازمند تشعشعاتی فوق‌العاده پرانرژی است. با توجه به نبود هیچ‌گونه نشانه قابل ردیابی از عناصر فلزی در این طیف نوری، محققان به این نتیجه رسیدند که ستارگان جمعیت ۳ محتمل‌ترین منبع برای این تشعشعات هستند، هرچند که تا پیش‌ازاین چنین ستارگان باستانی هرگز به‌طور مستقیم مشاهده نشده بودند.

محققان اکنون با استفاده از قابلیت‌های وضوح بالای ابزار NIRSpec، واقعی‌بودن این سیگنال هلیومی را تأیید و آن را به دو مؤلفه مجزا تفکیک کرده‌اند. از سوی دیگر، در مطالعه‌ای جداگانه، محققان دانشگاه فلورانس نیز به‌طور مستقل یک خط انتشار نوری هیدروژن را از همان مکان ردیابی کردند که لنگرگاه دوم و محکمی برای تأیید این شناسایی فراهم می‌کند. نکته حائز اهمیت این است که هیچ‌کدام از این دو مطالعه، شواهدی از وجود عناصر سنگین‌تر در این تشعشعات پیدا نکردند.

تخمین جرم ستارگان اولیه

تیم محققان در گام بعدی، با استفاده از مدل‌سازی‌های نظری و بررسی نسبت هلیوم به هیدروژن رصدشده در جرم هبه، توانستند محدوده جرمی این ستارگان اولیه را تخمین بزنند. تحلیل‌های آن‌ها توزیع جرمی سنگین را نشان می‌دهد؛ به‌طوری‌که جرم بیشتر این ستارگان بین ۱۰ تا ۱۰۰ برابر جرم خورشید بوده است. این یافته کاملاً با پیش‌بینی‌های قبلی مبنی‌بر اینکه نخستین ستارگان، اجرامی داغ و پرجرم بوده‌اند و در کیهانی شکل گرفته‌اند که هنوز با عناصر سنگین اشباع نشده بود، همخوانی دارد.